Dalam konteks kosmologi dan relativitas umum, singularitas adalah titik di ruang-waktu di mana kepadatan materi dan kelengkungan ruang-waktu menjadi tak terhingga. Konsep ini merupakan inti dari dua fenomena paling ekstrem di alam semesta: lubang hitam (black holes) dan Big Bang. Singularitas merepresentasikan batas fundamental dari hukum fisika yang kita pahami saat ini, khususnya teori gravitasi Einstein. Ketika persamaan fisika menghasilkan nilai tak terhingga, ini seringkali menjadi pertanda bahwa teori tersebut tidak lagi berlaku secara memadai di kondisi ekstrem tersebut.
Secara matematis, singularitas di pusat lubang hitam adalah titik di mana semua materi yang ditarik ke dalamnya berakhir, dengan volume mendekati nol dan massa mendekati tak terhingga. Karena singularitas tersembunyi di balik horizon peristiwa—batas di mana bahkan cahaya tidak bisa lolos—kita tidak dapat mengamatinya secara langsung. Keberadaannya adalah konsekuensi logis dari teori relativitas umum, namun sifat intrinsiknya tetap menjadi misteri besar yang membutuhkan teori gravitasi kuantum untuk dipecahkan.
Teori standar mengenai asal-usul alam semesta, Model Big Bang, menyiratkan bahwa seluruh alam semesta yang kita amati saat ini pernah terkompresi menjadi satu titik dengan kepadatan tak terhingga di masa lampau. Singularitas Big Bang ini bukanlah sebuah objek di dalam ruang, melainkan permulaan dari ruang dan waktu itu sendiri. Berbeda dengan singularitas lubang hitam yang terisolasi, singularitas kosmik ini mencakup segalanya.
Penting untuk dicatat bahwa meskipun model matematis mengarah pada singularitas, banyak fisikawan menduga bahwa kondisi sebenarnya pada waktu $t=0$ mungkin tidak benar-benar tak terhingga. Sebaliknya, saat kita mendekati momen Planck (sekitar $10^{-43}$ detik setelah awal waktu), efek mekanika kuantum mendominasi gravitasi. Oleh karena itu, singularitas Big Bang mungkin hanyalah artefak dari keterbatasan teori klasik, dan fisika kuantum—dalam bentuk yang belum kita temukan, seperti Gravitasi Kuantum Lingkaran atau Teori String—akan menggambarkannya sebagai kondisi yang sangat padat namun terbatas, mungkin sebuah "titik bangkit" daripada titik kehancuran.
Dalam kasus lubang hitam, singularitas pusat dilindungi oleh horizon peristiwa, sebuah konsep yang oleh Roger Penrose disebut sebagai 'Sensorship Kosmik' (Cosmic Censorship Hypothesis). Hipotesis ini menyatakan bahwa setiap singularitas yang terbentuk dari keruntuhan gravitasi harus selalu disembunyikan di balik horizon peristiwa. Jika sebuah singularitas "telanjang" (naked singularity) ada—yaitu, singularitas yang dapat diamati dari luar—maka prediktabilitas alam semesta akan runtuh, karena kita tidak akan bisa memprediksi apa pun yang terjadi di sekitar titik tak terhingga tersebut.
Pergulatan dengan konsep singularitas adalah pendorong utama bagi upaya menyatukan Relativitas Umum (yang sangat baik dalam menjelaskan skala besar dan gravitasi) dengan Mekanika Kuantum (yang mengatur skala sangat kecil). Singularitas adalah titik di mana kedua teori ini saling bertabrakan dan memberikan hasil yang tidak masuk akal. Penemuan atau pemahaman sejati tentang apa yang terjadi di dalam singularitas akan menjadi kunci untuk mengembangkan Teori Segalanya (Theory of Everything), yang mampu menjelaskan alam semesta dari awal hingga akhir, tanpa bergantung pada kondisi tak terhingga. Hingga saat itu, singularitas tetap menjadi batas terluar pengetahuan fisikawan tentang realitas.
Secara ringkas, singularitas alam semesta, baik di lubang hitam maupun di awal waktu, menunjukkan batasan epistemologis kita. Mereka adalah pengingat bahwa deskripsi alam semesta kita saat ini belum lengkap dan menanti revolusi ilmiah berikutnya.