Ilustrasi konseptual pergerakan objek di alam semesta.
Pertanyaan mengenai asal-usul, struktur, dan nasib akhir alam semesta telah menjadi pendorong utama dalam ilmu pengetahuan dan filsafat selama berabad-abad. Dalam ranah fisika modern, pertanyaan-pertanyaan ini dijawab melalui berbagai teori semesta yang kompleks dan terus berkembang. Teori-teori ini berupaya membangun kerangka kerja matematis untuk menjelaskan fenomena yang kita amati, mulai dari partikel terkecil hingga struktur kosmik terbesar.
Saat ini, model kosmologi standar yang paling diterima secara luas adalah Model Big Bang. Teori ini menyatakan bahwa alam semesta kita bermula dari keadaan yang sangat panas dan padat sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, kemudian mengalami ekspansi cepat yang masih berlanjut hingga hari ini. Bukti kuat yang mendukung teori ini termasuk:
Meskipun berhasil menjelaskan banyak hal, Model Big Bang tidaklah lengkap. Ia menghadapi tantangan, terutama mengenai kondisi alam semesta sesaat setelah singularitas awal, yang memunculkan kebutuhan akan teori pelengkap.
Untuk mengatasi masalah homogenitas dan kerataan (flatness problem) yang muncul dari Big Bang murni, diperkenalkanlah Teori Inflasi Kosmik. Teori ini mengajukan bahwa dalam sepersekian detik pertama setelah Big Bang, alam semesta mengalami periode ekspansi eksponensial yang sangat cepat. Inflasi menjelaskan mengapa alam semesta terlihat begitu seragam pada skala besar.
Namun, perjalanan teori semesta tidak berhenti di sana. Pengamatan pada akhir abad ke-20 mengungkapkan bahwa laju ekspansi alam semesta tidak melambat seperti yang diperkirakan, melainkan justru semakin cepat. Fenomena ini dikaitkan dengan keberadaan entitas misterius yang disebut Energi Gelap. Energi gelap diduga mengisi sekitar 68% dari total energi-materi alam semesta, bertindak sebagai antigravitasi yang mendorong perluasan ruang-waktu. Sifat pasti dari energi gelap masih menjadi salah satu misteri terbesar dalam fisika modern.
Selain energi gelap, terdapat pula Materi Gelap, yang menyusun sekitar 27% dari total konten alam semesta. Materi gelap tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan cahaya, membuatnya tidak terdeteksi secara langsung. Keberadaannya disimpulkan dari efek gravitasinya pada materi biasa, seperti kecepatan rotasi galaksi yang lebih cepat dari yang seharusnya berdasarkan massa bintang yang terlihat. Penemuan dan pemahaman tentang materi gelap sangat krusial untuk memetakan struktur kosmik yang lebih besar.
Model standar kosmologi (Lambda-CDM, yang mencakup energi gelap (Lambda) dan materi gelap dingin (CDM)) memberikan deskripsi yang sangat akurat tentang alam semesta yang kita amati saat ini. Namun, ia masih belum menyatukan Relativitas Umum Einstein (yang mendeskripsikan gravitasi dan skala besar) dengan Mekanika Kuantum (yang mendeskripsikan dunia subatomik).
Upaya untuk menyatukan kedua pilar fisika ini melahirkan kandidat teori semesta baru, seperti Teori String dan Gravitasi Kuantum Lingkaran (Loop Quantum Gravity). Teori-teori ini mencoba menjelaskan apa yang terjadi pada skala Planck, di mana gravitasi dan efek kuantum menjadi sama pentingnya, dan mungkin memberikan wawasan tentang kondisi sebelum inflasi atau bahkan struktur ruang-waktu pada dasarnya. Eksplorasi terus-menerus terhadap teori semesta menunjukkan betapa luasnya cakrawala pengetahuan manusia dalam memahami kosmos tempat kita berada.