Akhir alam semesta: Big Freeze, Big Rip, peluruhan proton

Bagaimana akhir alam semesta? Jawaban yang paling didukung pengamatan saat ini adalah Big Freeze, disebut juga kematian panas: ruang terus mengembang, bintang-bintang padam, lubang hitam menguap, dan yang tersisa hanyalah partikel yang sangat renggang mendekati nol mutlak. Alasannya, energi gelap sejauh ini tampak konstan, dan pengembangan semakin cepat tanpa tanda akan berhenti. Big Rip, Big Crunch, dan peluruhan vakum masing-masing butuh satu syarat tambahan yang kini belum ada buktinya. Peluruhan proton adalah "mungkin" di dalam Big Freeze: bergantung pada teori penyatuan agung yang belum dikonfirmasi siapa pun.

Berikut tiap akhir secara berurutan: apa yang dibutuhkan, kira-kira berapa lama, dan bagaimana posisi buktinya.

Lima akhir berdampingan

Big Freeze: akhir yang paling mungkin

Pada 1998 Riess dan rekan, dan pada 1999 Perlmutter dan rekan, memakai supernova jauh untuk menunjukkan bahwa pengembangan semesta dipercepat. Sejak itu energi gelap masuk ke fisika, dan karya itu meraih Nobel 2011. Hasil satelit Planck tahun 2018 memberi usia semesta sekitar 13,8 miliar tahun, dengan materi biasa sekitar 5% dari total energi, materi gelap sekitar 27%, dan sisanya energi gelap.

Jika energi gelap tetap konstan, semesta mengembang selamanya. Adams dan Laughlin menghitung jalur ini pada 1997 di Reviews of Modern Physics:

1. Bintang terus terbentuk sampai sekitar 10¹⁴ tahun, lalu gas habis dan katai merah terakhir padam.
2. Yang tersisa katai putih, bintang neutron, dan lubang hitam, sementara galaksi perlahan menyebar.
3. Lubang hitam memancarkan energi lewat efek kuantum, seperti ditunjukkan Hawking di Nature pada 1974. Yang bermassa bintang butuh sekitar 10⁶⁷ tahun untuk menguap; lubang hitam supermasif terbesar sekitar 10¹⁰⁰ tahun.
4. Setelah itu hanya foton, neutrino, dan elektron yang sangat renggang yang mendingin menuju nol mutlak, tanpa selisih energi yang bisa dipakai bekerja. Itulah kematian panas.

Jalur ini tidak butuh fisika baru, hanya model sekarang yang terus berlaku. Karena itu ia menjadi jawaban bawaan.

Big Rip: energi gelap yang terus menguat

Caldwell, Kamionkowski, dan Weinberg mengusulkan pada 2003 di Physical Review Letters bahwa jika persamaan keadaan w energi gelap kurang dari -1 (mereka menyebutnya energi hantu), kerapatannya naik seiring waktu. Pengembangan makin cepat dan merobek gugus galaksi lebih dulu, lalu galaksi, bintang, planet, dan akhirnya atom. Contoh mereka menghasilkan puluhan miliar tahun, tergantung nilai w.

Pengukuran saat ini cocok dengan w sama dengan -1 dan belum ada yang mengonfirmasi nilai di bawah -1. Big Rip adalah kemungkinan yang dihitung cermat, tetapi tanpa bukti.

Big Crunch: semesta menyusut

Big Crunch memerlukan energi gelap menjadi negatif. Lalu pengembangan berhenti dan berbalik: galaksi saling mendekat, radiasi latar gelombang mikro kosmik memanas lagi, dan segalanya jatuh menuju satu titik.

Dari kelima akhir, inilah yang paling langsung terkait data terbaru. Data DESI 2025 condong ke energi gelap yang melemah seiring waktu pada 2,8 hingga 4,2 simpangan baku, belum mencapai 5 yang disyaratkan untuk disebut penemuan. Kalaupun melemah, itu tidak berarti akan menjadi negatif atau semesta pasti menyusut. Selengkapnya di Putar balik: apakah semesta akan menyusut?.

Peluruhan vakum: vakum itu sendiri runtuh

Vakum kita mungkin bukan keadaan paling stabil. Menurut pengukuran saat ini (boson Higgs ditemukan sekitar 125 GeV pada 2012, antara lain oleh ATLAS), vakum bisa metastabil dengan umur yang diharapkan sekitar 10¹³⁹ tahun. Teorinya datang dari Coleman 1977 serta Coleman dan De Luccia 1980: jika suatu saat terbentuk gelembung vakum yang lebih stabil, ia mengembang hampir secepat cahaya dan menulis ulang fisika di dalamnya.

Angka itu jauh lebih besar daripada usia semesta sekarang, jadi tidak berpengaruh praktis bagi kita. Orang juga bertanya apakah eksperimen berenergi tinggi bisa memicunya. Sinar kosmik sudah miliaran tahun melampaui energi akselerator mana pun, dan semesta masih ada. Lihat Peluruhan vakum: bisakah vakum semesta runtuh?.

Peluruhan proton: sebuah "mungkin" di dalam Big Freeze

Apakah proton bisa mati? Detektor Super-Kamiokande sudah puluhan tahun mengawasi tangki air raksasa dan belum pernah melihat satu pun proton meluruh, sehingga umur proton berada di atas 10³⁴ tahun. Beberapa teori penyatuan agung memprediksi peluruhan, tetapi belum ada yang terkonfirmasi.

Jika proton meluruh, Big Freeze berubah: materi di katai putih dan bintang neutron perlahan hilang tanpa menunggu lubang hitam menguap. Jika tidak, materi itu tetap ada. Jadi peluruhan proton adalah kemungkinan ciri Big Freeze, bukan akhir tersendiri. Lihat Peluruhan proton: apakah proton mati?.

Bagaimana dengan materi gelap?

Materi gelap lebih dari 80% materi di semesta, dan galaksi terbentuk di dalam halo materi gelap. Ia menentukan bagaimana materi menggumpal, tetapi tak ada indikasi ia mengubah nasib akhir: Freeze, Rip, dan Crunch terutama ditentukan energi gelap. Apa itu materi gelap masih belum diketahui: lihat Siapa materi gelap itu?.

Bagaimana ini dimainkan di Cosmos Era

Cosmos Era adalah game idle fiksi ilmiah keras yang berjalan dari detik pertama (lihat era semesta primordial) sampai akhir semesta, dengan 16 akhir. Beberapa akhir di atas muncul di dalamnya:

• "Putar balik": nyalakan simpul Big Crunch, energi gelap menjadi negatif dan semesta menyusut.
• "Peluruhan vakum": nyalakan simpul "Meledakkan vakum". Pemain meledakkannya adalah fiksi; gelembung vakum nyata tidak bisa dipicu siapa pun.
• "Peluruhan proton": tetap di ujung waktu dan saksikan proton terakhir meluruh. Akhir ini butuh menunggu 24 jam di dunia nyata, itu pilihan desain game dan bukan tuntutan fisika.
• "Alam semesta bayi": membuat semesta baru di laboratorium. Farhi dan Guth meneliti syaratnya pada 1987; benar-benar membuatnya adalah fiksi. Lihat Alam semesta bayi.

Efek akhir di dalam game adalah aturan game, bukan kesimpulan ilmiah. Cara membuka tiap akhir ada di panduan akhir, atau langsung main.

FAQ

Bagaimana akhir alam semesta?

Data paling mendukung Big Freeze (kematian panas): pengembangan berlanjut, bintang padam, lubang hitam menguap, suhu mendekati nol mutlak. Ini mengandaikan energi gelap kurang lebih konstan, yang terus diuji DESI dan survei lain.

Apa beda Big Freeze, Big Rip, dan Big Crunch?

Ketiganya bergantung pada energi gelap. Kurang lebih konstan menghasilkan Big Freeze, menguat menghasilkan Big Rip, menjadi negatif menghasilkan Big Crunch. Karena itu mengukur perubahan energi gelap sangat penting.

Apakah proton meluruh, dan apakah itu mengakhiri semesta?

Belum ada yang melihat proton meluruh, umurnya di atas 10³⁴ tahun. Kalaupun meluruh, itu hanya membuat materi hilang lebih tuntas selama Big Freeze; semesta tidak berakhir karenanya saja.

Bisakah peluruhan vakum terjadi besok?

Tidak ada dasar untuk mengharapkannya. Umur yang diharapkan sekitar 10¹³⁹ tahun, jauh lebih lama daripada usia semesta sekarang. Gelembungnya juga menyebar hampir secepat cahaya dan tidak memberi peringatan sebelum tiba.

Apakah Big Crunch sama dengan pantulan menuju semesta baru?

Tidak. Big Crunch hanya berarti pengembangan berbalik menjadi penyusutan. Apakah sesudahnya ada pantulan hanyalah spekulasi tanpa dukungan pengamatan.