Berpikir Lurus tentang Kelengkungan Ruang Angkasa

Kelanjutan artikel dari: Ruang Angkasa Pekat, Anda Berenang di Dalamnya

Jika masih sanggup bertahan dari semua konsep kelengkungan, inilah misteri lain tentang ruang. Apakah ruang datar atau melengkung (dan jika melengkung, ke arah mana kurva melengkung)?

Ruang, lurus saja!

Ini adalah pertanyaan gila, tapi jangan terlalu heran setelah kita menerima gagasan bahwa ruang dapat dibentuk. Jika ruang bisa melengkung di sekitar benda bermassa, mungkinkah seluruh bentuknya melengkung? Ini seperti bertanya apakah ruang itu datar. Kita telah mengetahui bagaimana ruang bergoncang (melalui riak-riak gelombang gravitasi) dan berubah bentuk (di sekitar objek masif), tapi apakah secara keseluruhan bentuk ruang melengkung? Atau, apakah ruang datar sempurna?

Apakah ruang angkasa lurus, longgar atau lembek

Menjawab pertanyaan tentang bentuk sejati ruang akan berdampak terhadap gagasan kita tentang alam semesta. Misalnya, jika ruang berbentuk datar, berarti saat kita menempuh perjalanan ke satu arah untuk selamanya, maka kita bisa terus melaju, mungkin tanpa batas.

Tapi jika ruang melengkung, maka hal menarik lainnya akan terjadi. Jika ruang melengkung positif, saat menempuh perjalanan ke satu arah, kita akan kembali ke tempat semula dari arah yang berlawanan! Informasi ini cukup berguna, jika kamu tidak menyukai gagasan ada orang yang menyelinap di belakangmu.

Humor terpanjang alam semesta

Menjelaskan konsep tentang ruang yang melengkung akan sangat sulit, karena memang kita belum terlalu baik dalam memvisualisasikan konsep semacam itu. Mengapa? Karena kita hidup di dunia tiga dimensi yang tampaknya cukup mapan.

Salah satu cara untuk memvisualisasikannya adalah dengan berpura-pura sejenak hidup di dalam dunia dua dimensi, seperti terjebak dalam selembar kertas. Berarti kita hanya bisa bergerak dua arah. Nah, jika lembaran kertas tempat kita hidup dalam pengandaian benar-benar datar sempurna, maka kita menyebutnya ruang datar.

Selembar kertas

Dan ada dua cara agar kertas bisa melengkung. Kertas bisa dilengkungkan ke satu arah (disebut “kelengkungan positif”) atau ke arah sebaliknya menyerupai pelana kuda atau keripik kentang (disebut “kelengkungan negatif”).

Kelengkungan positif dan kelengkungan negatif

Inilah bagian yang menarik: jika ruang berbentuk datar, berarti selembar kertas (ruang) berpotensi meluas selamanya. Jika ruang melengkung positif, maka akan berbentuk seperti bola atau kentang (spheroid). Inilah salah satu cara agar kita dapat berputar dari arah yang sebaliknya. Kita tinggal di dalam tiga dimensi berbentuk bola atau kentang, berarti tidak peduli ke arah mana tujuan kita, akhirnya akan kembali ke tempat semula.

Hipotesis alam semesta berbentuk seperti kentang

Dalam kasus ini, ternyata kita memiliki sebuah jawaban. Bentuk ruang angkasa ternyata “cukup datar”, dengan margin eror hanya 0,4. Melalui dua metode yang berbeda, para ilmuwan telah menghitung kelengkungan ruang (setidaknya ruang yang bisa kita lihat) hampir mendekati nol.

Seperti apakah dua cara yang digunakan oleh para ilmuwan? Salah satunya adalah melalui perhitungan segitiga. Hal yang menarik tentang kelengkungan adalah segitiga di ruang yang melengkung tidak mengikuti hukum yang sama seperti segitiga di ruang datar. Pikirkan kembali analogi lembaran kertas kita. Segitiga yang digambar pada selembar kertas datar akan terlihat berbeda dengan segitiga yang digambar di selembar kertas yang melengkung.

Segitiga di ruang datar, kelengkungan positif dan kelengkungan negatif

Para ilmuwan telah melakukan pengukuran ekuivalen segitiga yang digambarkan di alam semesta tiga dimensi kita dengan mengamati gambar alam semesta awal dan mempelajari hubungan spasial antara berbagai titik pada gambar tersebut. Hasil pengukuran ternyata sesuai dengan bentuk ruang datar.

Cara lain yang digunakan oleh para ilmuwan adalah dengan melihat sesuatu yang menyebabkan ruang melengkung untuk pertama kalinya: energi di alam semesta. Menurut relativitas umum, ada sejumlah energi tertentu di alam semesta (kerapatan energi, sebenarnya) yang menyebabkan ruang melengkung dalam satu arah atau ke arah yang lain. Ternyata jumlah kerapatan energi di alam semesta yang bisa diukur oleh para ilmuwan sesuai dengan jumlah yang menyebabkan ruang tidak melengkung sama sekali (dengan margin eror 0,4 persen).

Mungkin agak mengecewakan setelah mengetahui bahwa kita tidak hidup di dalam kentang kosmik tiga dimensi yang lebih menarik, karena akan membawa kita kembali ke tempat semula setelah menempuh perjalanan tanpa henti ke satu arah. Siapa yang tidak pernah bermimpi meniru gaya Evel Knievel untuk berputar mengelilingi seluruh alam semesta dengan motor roket? Tapi, jangan terlalu cepat kecewa dengan fakta bahwa kita hidup di alam semesta yang membosankan.

Tampaknya ide buruk, mengingat kelengkungan ruang angkasa.
Yah...

Seluruh massa dan energi di alam semesta bertanggung jawab atas kelengkungan ruang (ingat, massa dan energi mendistorsi ruang), dan jika kita memiliki massa dan energi yang sedikit lebih banyak daripada yang ada saat ini, maka bentuk ruang angkasa akan melengkung ke satu arah. Sebaliknya jika jumlah massa dan energi lebih kecil daripada yang ada saat ini, maka ruang akan melengkung ke arah lain. Tapi, sepertinya kita memiliki jumlah massa dan energi yang tepat untuk menghasilkan ruang datar sejauh yang bisa kita ketahui. Sebenarnya, jumlah pastinya sekitar lima atom hidrogen per meter kubik ruang. Jika kita memiliki enam atom hidrogen per meter kubik ruang, atau empat, maka seluruh alam semesta akan jauh berbeda (lebih melengkung dan yang pasti akan berbeda).

Karena kelengkungan ruang memengaruhi pergerakan materi, dan materi memengaruhi kelengkungan ruang, maka ada efek umpan balik. Berarti jika ada sedikit perbedaan jumlah materi, baik lebih banyak maupun lebih sedikit, saat sejarah awal alam semesta, maka kita tidak akan berada dalam kerapatan yang membentuk ruang datar. Agar ruang dapat berbentuk datar seperti saat ini, berarti memang sejak semula alam semesta seharusnya datar, atau harus ada sesuatu yang lain untuk membuatnya tetap datar.

Inilah salah satu misteri terbesar tentang ruang. Bukan hanya tak mengetahui karakteristik tulen ruang, kita juga tidak tahu mengapa ruang berbentuk datar seperti itu. Pengetahuan kita dalam hal ini nampaknya masih... datar.

Kelanjutan artikel: Bentuk, Kuantum dan Misteri Ruang Angkasa