Suhu Alam Semesta Selama Big Bang

Teori big bang tentang asal usul alam semesta adalah hasil logis dari penemuan astronom Edwin Hubble bahwa alam semesta mengembang. Jika pemuaian dapat dibalik, seluruh alam semesta pada suatu saat akan berkontraksi menjadi satu titik di ruang angkasa. Para ilmuwan telah menyimpulkan kondisi dan suhu alam semesta pada waktu yang sangat dekat dengan singularitas ini berdasarkan pengamatan alam semesta saat ini.

Singularitas adalah wilayah ruang-waktu di mana materi dihancurkan begitu erat sehingga hukum gravitasi yang dijelaskan oleh relativitas umum rusak. Dalam singularitas, volume ruang adalah nol dan kepadatannya tidak terbatas. Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahwa kelengkungan ruang-waktu tidak terbatas. Para ilmuwan percaya singularitas seperti itu ada di inti lubang hitam, yang terjadi ketika matahari supermasif mencapai akhir hidupnya dan meledak. Relativitas umum juga menuntut singularitas seperti itu harus ada di awal alam semesta yang mengembang.

Big bang adalah momen ketika singularitas primordial menjadi alam semesta. Berdasarkan pengamatan objek yang jauh dan pengukuran radiasi latar belakang kosmik, para ilmuwan telah menyimpulkan suhu pada waktu Planck, yaitu 10 juta triliun triliun triliun a kedua. Saat itu, suhunya mencapai 100 juta triliun triliun kelvin (180 juta triliun triliun derajat Fahrenheit). Alam semesta mengalami periode ekspansi yang dipercepat yang berakhir jauh sebelum satu detik berlalu. Pada saat ini, ia telah mendingin hingga suhu 100 miliar kelvin (180 miliar derajat Fahrenheit).

Kira-kira satu detik setelah big bang, alam semesta sekitar 400.000 kali lebih padat dari air, dan suhunya 10 miliar kelvin. Materi terutama terdiri dari proton dan neutron. Setelah 13,8 detik, suhu turun menjadi 3 miliar kelvin, dan tiga menit 45 detik kemudian turun menjadi 1 miliar kelvin. Pada titik ini, neutron dan proton mulai membentuk inti helium. Atom pertama tidak terbentuk sampai 700.000 tahun setelah big bang. Pada saat itu, suhu telah turun menjadi beberapa ribu kelvin, yang cukup dingin bagi proton dan elektron untuk membentuk atom hidrogen.

Selain penemuan Hubble bahwa alam semesta mengembang, yang pertama-tama mengarah pada pengembangan teori big bang, ada dua alasan lain untuk menerima teori tersebut. Salah satunya adalah prediksi bahwa helium yang terbentuk pada saat big bang harus mencakup 25 persen massa alam semesta, yang diamati oleh para astrofisikawan. Yang lainnya adalah bahwa ia memprediksi bahwa suhu radiasi latar kosmik -- the sisa-sisa dentuman besar -- seharusnya 3 derajat di atas nol mutlak, dan pengamatan juga dikonfirmasi ini.