Ilustrasi visualisasi sederhana tentang konsep ekspansi alam semesta setelah Big Bang.
Pertanyaan mengenai awal terjadinya alam semesta adalah salah satu misteri terdalam yang dihadapi oleh sains dan filsafat. Hampir seluruh bukti ilmiah modern menunjuk pada satu model kosmologi dominan: Teori Ledakan Besar, atau Big Bang. Teori ini bukan mendeskripsikan ledakan di dalam ruang, melainkan ekspansi cepat dari ruang itu sendiri dari keadaan yang sangat panas dan padat.
Menurut model ini, sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, seluruh energi dan materi yang kini membentuk alam semesta terkompresi dalam sebuah titik tak terhingga kecil yang disebut singularitas. Keadaan awal ini, sebelum waktu dan ruang dalam pengertian kita ada, masih menjadi batas di mana fisika klasik kita (Relativitas Umum Einstein) mulai gagal berfungsi, dan teori fisika kuantum harus mengambil alih.
Detik-detik pertama setelah singularitas adalah periode yang paling ekstrem. Segera setelah permulaan (dalam sepersekian detik yang sangat kecil, sekitar $10^{-32}$ detik), alam semesta mengalami fase yang dikenal sebagai Inflasi Kosmik. Selama periode ini, ruang mengembang secara eksponensial, jauh lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Ekspansi hiper-cepat ini menjelaskan mengapa alam semesta kita tampak sangat homogen dan datar pada skala besar hari ini.
Setelah inflasi mereda, alam semesta masih merupakan sup yang sangat panas dari partikel-partikel elementer, seperti kuark dan lepton, dalam keadaan plasma energi tinggi. Suhu saat itu sangat tinggi sehingga proton dan neutron belum bisa terbentuk secara stabil.
Seiring alam semesta terus mengembang, ia mendingin. Ketika suhu turun cukup drastis—sekitar satu detik setelah Big Bang—kuark-kuark mulai bergabung membentuk hadron, yang kemudian berkembang menjadi proton dan neutron. Proses ini adalah fondasi bagi materi yang kita kenal.
Namun, alam semesta masih terlalu panas dan padat. Elektron bebas bertebaran, dan foton (partikel cahaya) terus-menerus bertabrakan dengan elektron bebas ini. Alam semesta berada dalam keadaan buram (opak), seperti kabut tebal yang tidak memungkinkan cahaya bergerak bebas.
Titik balik krusial terjadi sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, dalam peristiwa yang disebut Rekombinasi. Pada saat ini, suhu telah turun menjadi sekitar 3000 Kelvin. Energi menjadi cukup rendah sehingga elektron dapat ditangkap oleh inti atom (terutama hidrogen dan helium), membentuk atom netral pertama.
Keadaan mendadak menjadi transparan. Foton yang sebelumnya terperangkap kini bebas bergerak melintasi ruang angkasa. Cahaya pertama yang dilepaskan pada saat ini, karena ekspansi alam semesta yang berkelanjutan selama miliaran tahun, telah diregangkan gelombangnya hingga mencapai panjang gelombang gelombang mikro. Inilah yang kita deteksi hari ini sebagai Cosmic Microwave Background (CMB)—bukti paling kuat dan langsung mendukung teori Big Bang. CMB adalah "gema" atau sisa panas dari masa awal alam semesta.
Setelah CMB, alam semesta memasuki "Zaman Kegelapan Kosmik," karena belum ada bintang yang terbentuk. Namun, fluktuasi kecil dalam kepadatan materi yang terlihat dalam CMB menjadi benih bagi struktur masa depan. Gravitasi mulai menarik materi secara perlahan ke daerah yang sedikit lebih padat.
Ratusan juta tahun kemudian, gas hidrogen dan helium mulai runtuh di bawah gravitasinya sendiri, menyalakan fusi nuklir di intinya. Bintang-bintang pertama pun lahir, mengakhiri Zaman Kegelapan. Bintang-bintang masif ini kemudian menjadi pabrik pertama yang memproduksi elemen-elemen yang lebih berat (seperti karbon, oksigen, dan besi) melalui proses nukleosintesis, yang pada akhirnya membentuk planet, debu kosmik, dan kehidupan itu sendiri.
Meskipun Teori Big Bang memberikan kerangka waktu yang luar biasa sukses untuk menjelaskan evolusi alam semesta sejak sepersekian detik pertamanya, misteri mengenai apa yang memicu singularitas awal—atau apa yang ada 'sebelum'nya—tetap menjadi batas paling menantang bagi para fisikawan teoretis.