EkspansorAkankah peradaban yang berekspansi bertemu di alam semesta?

Jika peradaban terus berekspansi, akankah alam semesta penuh? Halaman ini membahas langkah-langkah sulit, kecepatan garis depan ekspansi, horizon, dan model alien rakus.

Kalau sebagian peradaban berekspansi tanpa henti, mengapa kita belum melihatnya? Model tahun 2021 dari Robin Hanson dan rekan memberi jawaban yang tak biasa. Kita tampak begitu "awal" karena peradaban yang berekspansi akan memenuhi alam semesta dengan cepat, menyisakan sedikit waktu bagi yang datang belakangan. Saluran "Ekspansor" di dalam game mengubah model ini menjadi gambaran: sebuah garis depan yang maju dengan 80% kecepatan cahaya, menuju Bima Sakti.

Halaman ini lebih dulu membahas apa yang sebenarnya dikatakan model itu, lalu mengapa sebuah garis depan bisa tampak "lebih cepat dari cahaya", bagaimana waktu peringatan dihitung, dan bagaimana pengembangan kosmik mengisolasi peradaban. Diakhiri dengan garis besar skenario game. Perlu ditegaskan, model ini adalah hipotesis, dan belum pernah ada peradaban ekspansif yang teramati.

Mengapa kita tampak "terlalu awal"

Tiba lebih awal: alam semesta baru berumur 13,8 miliar tahun, tetapi bintang katai merah kecil bisa bersinar stabil selama triliunan tahun. Kalau kehidupan bisa muncul di era mana pun, kita muncul luar biasa awal. Hanson dan rekan menjelaskannya begini: peradaban yang berekspansi akan memenuhi alam semesta dalam waktu yang tak terlalu lama lagi.
Langkah sulit: sejarah kehidupan di Bumi punya beberapa langkah yang sangat tidak mungkin: asal-usul kehidupan, sel eukariota, reproduksi seksual, hewan multisel, kecerdasan. Masing-masing mungkin butuh penantian panjang akan keberuntungan. Model ini memakai sekitar enam langkah.
Peradaban tenang: model yang sama juga menyiratkan bahwa "peradaban tenang" yang tidak berekspansi sangat langka. Agar ada bahkan satu saja di Bima Sakti, peluang sebuah peradaban tenang berubah menjadi peradaban ekspansif harus di bawah satu per sepuluh ribu.

Gambaran alam semesta menurut model

Separuh alam semesta terambil: peradaban ekspansif mungkin sudah menempati 40% sampai 50% volume alam semesta, dan masing-masing pada akhirnya akan menguasai sekitar 100.000 sampai 30 juta galaksi. Kita akan bertemu mereka dalam sekitar 200 juta sampai 2 miliar tahun.
Dua gelembung sabun: model mengasumsikan ekspansor berhenti ketika bertemu ekspansor lain. Dua gelembung saling menekan dan menyisakan batas di antaranya yang nyaris tidak bergerak.
Busur di langit: kalau tepi peradaban ekspansif tidak jelas di langit, kita mungkin menemukan banyak busur melingkar yang sangat panjang.
Memanen cahaya bintang: peradaban yang menguasai satu galaksi bisa memakai sekitar 10³⁷ watt, yaitu peradaban Kardashev tipe III. Kalau ia mengumpulkan cahaya bintang dan membuang panas sisa, galaksi meredup dalam cahaya tampak dan mencerah di inframerah.

Secepat apa garis depan, sesingkat apa peringatan

Makin lambat ekspansi, makin mudah terlihat sebelum tiba. Fakta bahwa belum ada peradaban ekspansif yang terlihat menunjukkan garis depan mereka bergerak cepat, pada sebagian besar kecepatan cahaya.

Sesuatu yang maju ke arahmu mendekati kecepatan cahaya bisa tampak lebih cepat dari cahaya: ia tiba hampir bersamaan dengan cahayanya sendiri. Teleskop Hubble mengukur gerakan di jet galaksi M87 yang tampak sekitar 6 kali kecepatan cahaya. Jadi waktu peringatannya sangat singkat: cahaya garis depan tiba lebih awal daripada garis depan itu sendiri hanya sebesar "jarak dikali (rasio kecepatan cahaya terhadap kecepatan garis depan, dikurangi satu)" tahun. Pada 80% kecepatan cahaya, kamu baru bisa melihatnya setelah ia menempuh seperempat terakhir perjalanannya.

Pengembangan kosmik mengisolasi peradaban

Alam semesta mengembang dengan laju yang makin cepat. Sinyal yang dikirim hari ini dari jarak lebih dari sekitar 16,5 miliar tahun cahaya tak akan pernah sampai kepada kita. Makin luas ekspansor menyebar, makin mereka menyerupai penghuni alam semesta yang berbeda. Untuk garis depanmu sendiri: bepergian pada 99% kecepatan cahaya, 1 tahun berlalu di kapal sementara sekitar 7 tahun berlalu di luar, jadi makin cepat kapal, makin banyak galaksi yang bisa diklaim sebelum garis depan lain tiba.

Gagasan di dalam game

Bagian berikut adalah fiksi game. Saluran ini ditemukan dengan membuka "Pemetaan cakrawala" di Pohon Transenden, atau ketika peradaban utama menyelesaikan "Kolonisasi galaksi". Dalam skenario, data pemetaan cakrawala memuat busur melingkar yang sangat panjang yang bukan milik struktur mana pun yang dikenal. Di sisi jauh busur itu, galaksi meredup dalam cahaya tampak dan mencerah di inframerah, dan seseorang sedang mengumpulkan cahaya bintang. Garis depan mereka maju dengan 80% kecepatan cahaya, menuju Bima Sakti, pada jarak sekitar 1,8 miliar tahun cahaya.

Mekanismenya memakai jam kosmik: setiap kali peradaban utama menyelesaikan peristiwa jalur utama dari peradaban Antarbintang, alam semesta menua selangkah dan garis depan makin dekat. Ketika peradaban utama menjadi peradaban "Kardashev tipe III", garis depan mencapai Bima Sakti. Karena maju mendekati kecepatan cahaya, peradaban utama hanya bisa melihatnya dalam waktu sangat singkat sebelum ia tiba. Tiga akhir saluran ini adalah Cagar, Peleburan, dan Perbatasan. Semua ini fiksi.

Novel terkait

Schild's Ladder (Greg Egan, 2002): peluruhan vakum adalah fisika nyata (Coleman 1977; Coleman dan De Luccia 1980), dan gelembung vakum yang nyata akan mengembang mendekati kecepatan cahaya. Dalam novel, sebuah eksperimen fisika tak sengaja menciptakan jenis vakum baru yang mengembang ke luar dengan setengah kecepatan cahaya dan menelan semua di jalurnya.

Riset nyata terkait

Penelitian di bawah ini menyangkut pengembangan kosmik, penggolongan peradaban, dan pertanyaan Fermi. Semuanya sains nyata yang berkaitan, bukan bukti bahwa ekspansor ada.

Memakai supernova jauh sebagai "lilin standar", para peneliti menemukan bahwa pengembangan alam semesta berakselerasi, dan energi gelap masuk ke fisika. Karya ini meraih Hadiah Nobel 2011 (Riess et al., The Astronomical Journal, 1998).
Tim kedua secara independen sampai pada kesimpulan yang sama: sejenis energi di alam semesta mendorong pengembangan yang berakselerasi (Perlmutter et al., The Astrophysical Journal, 1999).
Peradaban yang cukup maju mungkin menyelubungi bintangnya, dan kita bisa menemukan peradaban semacam itu lewat radiasi inframerah yang janggal (Dyson, Science, 1960).
Peradaban digolongkan menjadi tiga tipe menurut energi yang bisa dipakai: planet, bintang, dan galaksi (Kardashev, Soviet Astronomy, 1964).
Kalau peradaban luar bumi umum, mereka seharusnya sudah lama menyebar ke seluruh Bima Sakti, jadi mungkin kitalah yang pertama (Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1975).

Dasar nyata

Busur di langit: Pada 2021 Hanson dkk. memprediksi bahwa jika batas peradaban yang berekspansi tidak mencolok di langit, kita mungkin masih bisa menemukan banyak busur sangat panjang yang melintasinya.
Datang lebih awal: Alam semesta baru berusia 13,8 miliar tahun, padahal katai merah kecil bisa bersinar stabil selama triliunan tahun. Jika kehidupan bisa muncul di era mana pun, kita muncul terlalu awal secara aneh. Penjelasan Hanson dkk.: peradaban yang berekspansi akan memenuhi alam semesta dalam waktu dekat, memberi pendatang terlambat sedikit waktu.
Langkah-langkah sulit: Sejarah Bumi punya beberapa langkah yang sangat tidak mungkin: asal-usul kehidupan, sel eukariotik, reproduksi seksual, hewan multiseluler, kecerdasan... masing-masing mungkin butuh penantian panjang akan keberuntungan. Model Hanson dkk. memakai sekitar enam langkah.
Kecepatan front: Makin lambat sebuah ekspansi, makin besar kemungkinan ia terlihat sebelum tiba. Sejauh ini kita belum melihat peradaban yang berekspansi, yang menunjukkan bahwa front mereka bergerak cepat, pada sebagian besar kecepatan cahaya.
Ilusi kecepatan superluminal: Sesuatu yang maju berhadapan dengan kecepatan hampir cahaya tampak lebih cepat daripada cahaya: ia tiba nyaris bersamaan dengan cahayanya sendiri. Teleskop Luar Angkasa Hubble mengukur gerak semu sekitar 6 kali kecepatan cahaya pada semburan galaksi M87.
Setengah alam semesta sudah diambil: Model Hanson dkk. menyatakan peradaban yang berekspansi mungkin sudah menempati 40% sampai 50% volume alam semesta, masing-masing akhirnya menguasai sekitar 100.000 sampai 30 juta galaksi; kita akan bertemu mereka sekitar 200 juta sampai 2 miliar tahun lagi.
Waktu peringatan: Ketika front berjarak D tahun cahaya dan maju dengan kecepatan v, cahayanya tiba hanya D×(1/v−1) tahun sebelum front itu sendiri. Pada 80% kecepatan cahaya, Anda baru melihatnya setelah ia menempuh seperempat jarak terakhir.
Peradaban tenang: Model yang sama juga menyiratkan bahwa “peradaban tenang” yang tidak berekspansi sangat langka. Agar ada satu saja di Galaksi, peluang peradaban tenang berubah menjadi peradaban yang berekspansi harus di bawah satu dari sepuluh ribu.
Memanen cahaya bintang: Peradaban yang menguasai satu galaksi dapat memakai daya sekitar 10³⁷ watt: itulah Kardashev tipe III. Kumpulkan cahaya bintang dan lepaskan sebagai panas buangan, maka galaksi meredup dalam cahaya tampak dan mencerah dalam inframerah.
Dua gelembung sabun: Model Hanson dkk. mengasumsikan ekspansor berhenti saat bertemu ekspansor lain. Dua gelembung yang saling menekan menyisakan batas yang nyaris tak bergerak di antaranya.
Surat yang tak bisa kembali: Alam semesta mengembang makin cepat. Di luar sekitar 16,5 miliar tahun cahaya dari kita, sinyal yang dikirim hari ini tak akan pernah sampai kepada kita. Makin jauh ekspansor menyebar, makin mereka hidup di alam semesta yang berbeda.
Front Anda: Pada 99% kecepatan cahaya, 1 tahun berlalu di kapal dan sekitar 7 tahun di luar. Makin cepat kapal peradaban utama, makin banyak galaksi yang bisa diklaimnya sebelum front itu tiba.
Schild's Ladder (Greg Egan, 2002), sainsnya: teori peluruhan vakum adalah fisika nyata (Coleman 1977, Coleman dan De Luccia 1980); gelembung vakum nyata akan mengembang dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.

Riset terkait

Studi-studi ini berkaitan dengan topik ini tetapi bukan bukti langsung untuk halaman ini.

Pengembangan yang dipercepat: Memakai supernova jauh sebagai “lilin standar”, mereka menemukan pengembangan alam semesta makin cepat. Energi gelap masuk ke dalam gambaran, dan karya ini meraih Hadiah Nobel 2011.
Sumber: Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"
42 supernova: Tim lain secara mandiri sampai pada kesimpulan yang sama: ada energi di alam semesta yang mendorong pengembangan yang dipercepat.
Sumber: Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"
Bola Dyson: Peradaban yang cukup maju mungkin membungkus bintangnya, dan kita bisa menemukannya lewat radiasi inframerah yang janggal.
Sumber: Dyson, Science 1960, "Search for artificial stellar sources of infrared radiation"
Skala peradaban: Mengelompokkan peradaban menjadi tiga tipe menurut energi yang bisa dipakai: planet, bintang, dan galaksi.
Sumber: Kardashev, Soviet Astronomy 1964, "Transmission of information by extraterrestrial civilizations"
Di mana mereka?: Jika peradaban alien umum, mereka seharusnya sudah memenuhi galaksi. Dari sini Hart berpendapat bahwa kitalah yang pertama.
Sumber: Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 1975, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth"

Fiksi game (rekaan)

Simpul "Busur di langit": Dalam data pemetaan horizon, ada satu busur yang bukan milik struktur mana pun yang dikenal.
Simpul "Kecepatan perbatasan": Terukur sebesar 80% kecepatan cahaya.
Simpul "Ilusi kecepatan superluminal": Sesuatu yang datang kepadamu dengan 80% kecepatan cahaya tampak bergerak 4 kali kecepatan cahaya.
Simpul "Memanen cahaya bintang": Galaksi yang mereka lalui terlihat persis seperti ini.
Simpul "Dua gelembung sabun": Di antara mereka dan Ekspansor lain sudah ada batas seperti itu.
Simpul "Perbatasanmu": Peradaban utama juga sudah mulai berekspansi.
Simpul "Sebelum pertemuan": Kedua perbatasan masih beberapa ratus juta tahun lagi dari pertemuan.
Simpul "Pertemuan": Kedua perbatasan bertemu di tepi Bima Sakti.
Akhir saluran "Cagar": Perbatasan berhenti di luar Bima Sakti dan berputar mengelilinginya. Di peta bintang Ekspansor, Bima Sakti ditandai sebagai cagar: peradaban yang tidak berekspansi layak dibiarkan agar bisa diamati. Ini satu versi "hipotesis kebun binatang".
Akhir saluran "Penggabungan": Kedua perbatasan bergabung dan terus mendorong ke cakrawala. Sejarah peradaban utama menjadi satu bab dalam sejarah peradaban yang lebih besar.
Akhir saluran "Perbatasan": Perbatasan berhenti di tepi Bima Sakti, seperti selaput di antara dua gelembung sabun. Cahaya bintang di kedua sisi perbatasan tak pernah disentuh lagi.
Ringkasan novel Schild's Ladder: Sebuah eksperimen fisika tak sengaja menciptakan jenis vakum baru, yang mengembang keluar dengan setengah kecepatan cahaya dan menelan segalanya di jalurnya. Dua puluh ribu tahun kemudian, orang-orang masih berusaha mencari cara menghadapinya.

Lihat di game