Pernahkah kamu melempar bola ke atas, lalu bola itu bukannya melambat dan jatuh kembali, malah makin cepat melesat ke langit dan menghilang? Tentu itu terdengar tidak masuk akal — tapi itulah persis yang sedang terjadi pada alam semesta kita, dalam skala yang jauh lebih besar. Alam semesta tidak hanya mengembang, tapi pengembangannya semakin cepat dari waktu ke waktu. Dan penyebabnya adalah sesuatu yang sangat misterius: energi gelap.
Penemuan ini bukan sekadar fakta menarik. Ia membalikkan hampir semua yang kita pikir kita pahami tentang cara kerja gravitasi dan nasib akhir alam semesta. Sejak diumumkan resmi pada akhir 1990-an, energi gelap menjadi salah satu teka-teki terbesar dalam sejarah fisika modern — dan sampai hari ini, kita masih belum benar-benar mengerti apa itu energi gelap.
Sebuah artikel ilmiah yang ditulis oleh Rodrigo von Marttens dan Jailson Alcaniz dari Brasil, diterbitkan pada awal 2025, merangkum dengan komprehensif perjalanan panjang manusia dalam memahami fenomena luar biasa ini — dari sejarahnya, model matematisnya, hingga pertanyaan-pertanyaan yang masih menggantung hingga kini.
Kisah Bermula dari Einstein yang "Keliru"
Untuk memahami energi gelap, kita perlu sedikit mundur ke masa lalu — tepatnya ke tahun 1917, ketika Albert Einstein sedang mencoba menerapkan teori relativitas umumnya yang baru untuk menggambarkan alam semesta secara keseluruhan.
Relativitas umum adalah teori revolusioner yang menggambarkan gravitasi bukan sebagai gaya tarik-menarik biasa seperti dalam fisika Newton, melainkan sebagai lengkungan ruang dan waktu yang disebabkan oleh kehadiran massa dan energi. Bayangkan sebuah kain yang direntangkan, lalu kamu meletakkan bola berat di tengahnya — kain itu akan melengkung, dan benda lain yang diletakkan di dekatnya akan bergulir ke arah bola berat itu. Itulah cara kerja gravitasi menurut Einstein: materi membengkokkan "kain" ruang-waktu, dan benda lain bergerak mengikuti kelengkungan itu.
Ada satu masalah: persamaan Einstein menghasilkan alam semesta yang tidak stabil — ia akan mengembang atau menyusut dengan sendirinya. Karena Einstein (seperti mayoritas ilmuwan saat itu) percaya alam semesta bersifat statis dan abadi, ia menambahkan sebuah suku tambahan ke dalam persamaannya, yang ia sebut konstanta kosmologis (dilambangkan dengan Λ, dibaca "lambda"). Konstanta ini bekerja seperti semacam "gaya tolak" yang tersebar merata di seluruh ruang, mengimbangi tarikan gravitasi dan menjaga alam semesta agar tidak runtuh ke dalam dirinya sendiri. Secara matematis, penambahannya sah-sah saja — tidak melanggar aturan apapun. Tapi motivasinya murni untuk mempertahankan keyakinan yang sudah ada, bukan karena ada bukti yang menuntutnya.
Beberapa tahun kemudian, pada tahun 1922 matematikawan Rusia bernama Alexander Friedmann membuktikan bahwa persamaan Einstein sebenarnya secara alami mengizinkan alam semesta yang mengembang atau menyusut seiring waktu, tergantung pada kandungan materi dan energi di dalamnya. Einstein awalnya menolak dan menyebut karya Friedmann sebagai kesalahan — namun ia akhirnya harus mengakui bahwa Friedmann benar.
Tapi meski secara matematis Friedmann sudah membuktikan bahwa alam semesta bisa mengembang, ini masih sebatas teori di atas kertas. Belum ada yang membuktikannya lewat pengamatan langsung di langit.
Hukum Hubble-Lemaître dan Bukti Pengamatan Awal
Di sinilah peran dua nama besar berikutnya masuk: Georges Lemaître dan Edwin Hubble.
Lemaître, seorang pastor Belgia sekaligus fisikawan, pada tahun 1927 secara independen mengembangkan solusi serupa dengan Friedmann dan — yang lebih penting — ia menghubungkannya dengan data observasi kecepatan galaksi yang sudah ada saat itu. Lemaître mengajukan sesuatu yang sangat berani: galaksi-galaksi menjauh dari kita bukan karena mereka bergerak melalui ruang, melainkan karena ruang itu sendiri yang mengembang dan membawa galaksi-galaksi bersamanya. Ia bahkan menurunkan hubungan antara jarak galaksi dan kecepatan penjauhan mereka — yang kelak dikenal sebagai Hukum Hubble, meski Lemaître yang pertama menemukannya. Pengakuan atas kontribusi Lemaître baru datang jauh kemudian, ketika Persatuan Astronomi Internasional (IAU) pada 2018 secara resmi mengubah namanya menjadi Hukum Hubble-Lemaître.
Lalu pada 1929, Edwin Hubble mempublikasikan data yang jauh lebih kuat dan sistematis. Dengan menggunakan teleskop besar di Observatorium Mount Wilson di California, Hubble mengukur jarak ke puluhan galaksi menggunakan bintang-bintang variabel yang dikenal sebagai Cepheid — bintang yang kecerahan dan periode berdenyutnya memiliki hubungan yang bisa digunakan sebagai penggaris kosmik. Hasilnya sangat jelas: semakin jauh sebuah galaksi, semakin cepat ia menjauh dari kita. Hubungan linear ini, yang kini kita kenal sebagai konstanta Hubble (H₀), menjadi bukti observasional pertama yang meyakinkan bahwa alam semesta memang mengembang.
Bagi Einstein, ini adalah pukulan telak. Alam semesta ternyata tidak statis. Ia tidak perlu konstanta kosmologis itu sama sekali. Dalam penyesalannya, Einstein menyebut penambahan konstanta kosmologis sebagai "kesalahan terbesar dalam hidupnya".
Tapi twist terbesar baru datang beberapa dekade kemudian.
Supernova yang Mengubah Segalanya
Pada tahun 1998, dua tim astronom yang bekerja secara terpisah — Supernova Cosmology Project dan Supernova Search Team — sedang menggunakan supernova tipe Ia sebagai "lilin standar" untuk mengukur jarak dan kecepatan ekspansi alam semesta.
Supernova tipe Ia adalah ledakan bintang yang luar biasa terangnya — bisa seterang seluruh galaksi dalam sekejap — dan yang istimewa, kecerahan absolutnya sangat konsisten. Ini membuatnya ideal sebagai penggaris kosmik: dengan membandingkan kecerahan yang tampak dengan kecerahan sebenarnya, para astronom bisa menghitung jarak yang sangat jauh dengan presisi tinggi.
Kedua tim itu mengharapkan menemukan bukti bahwa ekspansi alam semesta sedang melambat — karena gravitasi semua materi seharusnya menarik segalanya kembali. Tapi yang mereka temukan justru sebaliknya: supernova-supernova jauh itu tampak lebih redup dari yang seharusnya. Artinya, mereka lebih jauh dari yang diprediksi. Artinya, alam semesta mengembang lebih cepat dari sebelumnya.
Ibarat rem, gravitasi seharusnya perlahan memperlambat laju pengembangan alam semesta. Tapi data supernova justru menunjukkan alam semesta berakselerasi — artinya ada sesuatu yang bekerja berlawanan dengan gravitasi, mendorong segalanya menjauh satu sama lain dengan semakin kencang. Dan tidak ada materi apapun yang kita kenal yang bisa melakukan itu. Jadi satu-satunya kesimpulan yang masuk akal adalah: harus ada komponen baru yang belum pernah teridentifikasi sebelumnya — sesuatu yang bersifat "anti-gravitasi" dan memenuhi seluruh ruang alam semesta. Itulah yang kemudian para ilmuwan namakan energi gelap.
Temuan yang mengejutkan ini akhirnya membawa dua pemimpinnya, Saul Perlmutter dan Brian Schmidt (bersama Adam Riess), meraih Hadiah Nobel Fisika 2011.
Dengan penemuan ini, konsep energi gelap lahir resmi dalam kosmologi modern — sebuah komponen misterius yang mengisi ruang dan mendorong ekspansi alam semesta semakin cepat. Dan ironisnya, konstanta kosmologis Einstein yang dulu ia buang dengan malu-malu, kini kembali menjadi kandidat utama untuk menjelaskan energi gelap ini.
Apa Isi Alam Semesta Kita?
Berdasarkan pengamatan terkini, terutama dari satelit Planck yang memetakan radiasi latar kosmik dengan presisi luar biasa, komposisi alam semesta kita saat ini terdiri dari:
- Sekitar 5% materi biasa — atom, molekul, semua yang bisa kita lihat dan sentuh, termasuk bintang, planet, dan kita sendiri.
- Sekitar 25% materi gelap — materi yang tidak memancarkan atau menyerap cahaya, tapi keberadaannya bisa dirasakan melalui gravitasi.
- Dan sekitar 70% energi gelap — komponen yang mendorong percepatan ekspansi alam semesta.
- Ada juga radiasi dalam porsi yang sangat kecil, kurang dari 1% total komposisi alam semesta.
Jadi, hampir seluruh alam semesta terdiri dari sesuatu yang belum kita pahami sepenuhnya. Kenyataan ini cukup membuat kepala pusing sekaligus menggairahkan.
Model standar kosmologi yang menggabungkan semua ini disebut model ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter). Model ini terbukti sangat berhasil mencocokkan data dari berbagai sumber pengamatan — mulai dari supernova, radiasi latar kosmik, hingga distribusi galaksi di alam semesta. Tapi ia juga menyimpan pertanyaan besar yang belum terjawab.
Dua Teka-Teki Besar
1. Masalah Konstanta Kosmologis
Penjelasan paling "alami" untuk energi gelap adalah bahwa ia berasal dari energi vakum — energi yang ada di ruang kosong sekalipun, sebagaimana diprediksi oleh fisika kuantum. Dan memang, ketika kita mencocokkan bentuk matematisnya, energi vakum dan konstanta kosmologis tampak identik.
Masalahnya? Ketika fisikawan menghitung nilai energi vakum menggunakan teori kuantum, hasilnya adalah angka yang sekitar 10¹²⁰ kali lebih besar dari nilai yang kita ukur secara observasional. Ini bukan sekadar perbedaan kecil — ini adalah ketidakcocokan terbesar yang pernah ada dalam sejarah fisika. Seratus dua puluh orde besaran. Para ilmuwan menyebutnya sebagai "masalah konstanta kosmologis", dan sampai sekarang belum ada yang berhasil menyelesaikannya.
2. Masalah Koinsiden Kosmik
Ada pertanyaan lain yang sama mengganggu: mengapa energi gelap baru menjadi dominan sekarang?
Model ΛCDM bisa menghitung bagaimana dominasi masing-masing komponen alam semesta berubah dari waktu ke waktu. Di masa sangat awal alam semesta, radiasi yang lebih mendominasi. Lalu seiring alam semesta mendingin dan mengembang, materi yang lebih mendominasi. Dan baru sekitar 5 miliar tahun yang lalu — atau dalam bahasa astronomi, pada redshift z ≈ 0,3 — energi gelap mulai mendominasi dan mendorong akselerasi yang kita amati sekarang. Ini terasa seperti kebetulan yang terlalu pas: kita hidup tepat di era transisi di mana energi gelap baru saja menjadi dominan. Kenapa bukan miliaran tahun sebelumnya, atau miliaran tahun sesudahnya?
Para ilmuwan menyebut ini "masalah koinsiden kosmik" — dan meski beberapa orang berpendapat bahwa ini mungkin bukan kebetulan melainkan prasyarat bagi kehidupan (karena jika energi gelap terlalu dominan lebih awal, galaksi dan bintang tidak akan pernah terbentuk), pertanyaan dasarnya tetap belum terjawab secara memuaskan.
Model Alternatif: Mungkin Energi Gelap Itu Dinamis?
Karena konstanta kosmologis meninggalkan begitu banyak pertanyaan terbuka, para ilmuwan mulai bertanya: bagaimana kalau energi gelap bukan sesuatu yang diam dan tetap, tapi sesuatu yang berubah seiring waktu? Dari pertanyaan ini, lahirlah berbagai model alternatif.
- Kuintesens adalah model alternatif yang paling banyak dipelajari. Kalau dalam model ΛCDM energi gelap digambarkan sebagai konstanta — seperti "tegangan" tetap yang melekat pada ruang dan tidak pernah berubah — maka kuintesens mengusulkan bahwa energi gelap lebih mirip sebuah medan yang hidup dan berevolusi, seperti air yang bisa pasang dan surut. Kekuatan dorongannya terhadap ekspansi alam semesta bisa lebih besar di satu era dan lebih kecil di era lain. Ini menarik karena membuka kemungkinan bahwa energi gelap yang kita amati sekarang belum tentu sama kuatnya di masa lalu atau masa depan — dan mungkin itulah kunci untuk menjelaskan mengapa ia baru dominan belakangan ini.
- K-essence selangkah lebih jauh dari kuintesens. Jika kuintesens menggambarkan energi gelap sebagai medan yang berevolusi secara halus dan merata di seluruh alam semesta, k-essence membuka kemungkinan bahwa energi gelap bisa tidak merata — ia bisa lebih pekat di satu tempat dan lebih tipis di tempat lain, seperti awan yang menggumpal di langit. Ini punya implikasi menarik karena berarti energi gelap mungkin bisa terdeteksi bukan hanya lewat efeknya pada ekspansi alam semesta secara keseluruhan, tapi juga lewat pengaruh lokalnya pada struktur-struktur besar seperti gugus galaksi.
- Terakhir, ada model energi gelap yang berinteraksi. Model standar ΛCDM mengasumsikan bahwa energi gelap dan materi gelap masing-masing "jalan sendiri" tanpa saling mempengaruhi. Tapi bagaimana kalau keduanya sebenarnya saling bertukar energi secara diam-diam? Ibarat dua orang yang kelihatannya tidak saling kenal, tapi ternyata diam-diam saling meminjam uang. Model ini awalnya diusulkan sebagai cara untuk menjelaskan mengapa energi gelap dan materi gelap memiliki jumlah yang sebanding di era sekarang — dan belakangan, model ini juga mulai dilirik sebagai cara potensial untuk menyelesaikan ketegangan-ketegangan observasional yang menghantui model ΛCDM.
Ketidakcocokan Antara Berbagai Pengukuran: Isyarat Fisika Baru?
Salah satu perkembangan paling menarik dalam kosmologi belakangan ini adalah munculnya ketidakcocokan antara berbagai pengukuran yang seharusnya menghasilkan nilai yang sama.
Yang paling menonjol adalah soal H₀: nilai konstanta Hubble (yang mengukur laju ekspansi alam semesta saat ini) yang diperoleh dari pengamatan awal alam semesta seperti data dari satelit Planck menghasilkan sekitar 67,7 km/s/Mpc, sementara pengukuran langsung menggunakan bintang dan supernova di alam semesta lokal menghasilkan sekitar 74 km/s/Mpc. Selisihnya mungkin terdengar kecil, tapi dalam standar statistik fisika, perbedaan ini sudah melampaui ambang batas yang menunjukkan bahwa perbedaan ini hampir tidak mungkin terjadi hanya karena kebetulan.
Kemudian soal seberapa "menggumpal" distribusi materi di alam semesta. Pengamatan dari survei besar bernama KiDS, yang menggunakan efek pelensaan gravitasi — di mana cahaya galaksi jauh akan membengkok saat melewati gumpalan materi — menunjukkan bahwa materi di alam semesta ternyata lebih merata daripada prediksi yang dihasilkan dari model ΛCDM ketika parameter-parameternya dikalibrasi menggunakan data satelit Planck.
Apakah ini berarti model ΛCDM kita salah? Belum tentu — bisa jadi ada kesalahan sistematis yang belum terdeteksi. Tapi banyak ilmuwan yang bersemangat, karena ketidakcocokan ini bisa jadi pertanda fisika baru di luar model standar.
Petunjuk terbaru datang dari instrumen bernama DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), yang mengukur distribusi galaksi di alam semesta dengan presisi tinggi. Hasil DESI menunjukkan bahwa energi gelap mungkin tidak sekaku yang kita kira — kekuatan dorongannya tampak berubah seiring waktu, menyimpang dari prediksi konstanta kosmologis. Jika ini terkonfirmasi oleh pengamatan berikutnya, artinya energi gelap bukan sekadar Λ yang membeku di latar belakang — ia hidup, berevolusi, dan masih menyimpan banyak kejutan untuk kita.
Apa yang Akan Datang?
Meskipun model ΛCDM masih menjadi tulang punggung kosmologi modern dan terbukti luar biasa akurat dalam mencocokkan berbagai data, masa depan penelitian energi gelap sangat menggembirakan.
Beberapa teleskop dan survei generasi berikutnya sedang dalam persiapan atau sudah mulai beroperasi — termasuk Euclid (teleskop luar angkasa milik ESA yang baru diluncurkan), Vera Rubin Observatory (yang akan memetakan miliaran galaksi dari Chili), dan WFIRST/Nancy Grace Roman Space Telescope. Dengan data yang jauh lebih banyak dan lebih presisi, para ilmuwan berharap bisa akhirnya memutuskan apakah energi gelap itu benar-benar konstan, atau berevolusi, atau bahkan merupakan tanda bahwa teori gravitasi kita perlu direvisi secara mendasar.
Satu hal yang pasti: pertanyaan tentang energi gelap bukan hanya soal memahami sesuatu yang jauh di luar sana. Ini adalah pertanyaan tentang sifat paling fundamental dari ruang, waktu, dan keberadaan itu sendiri. Dan jawaban yang kita temukan nantinya — apa pun itu — akan mengubah cara kita memandang alam semesta untuk selamanya.
Ditulis berdasarkan: von Marttens, R., & Alcaniz, J. (2025). Dark Energy and Cosmic Acceleration. arXiv:2502.00923v1