Visualisasi konseptual dari ekspansi alam semesta setelah Big Bang.
Teori Big Bang adalah model kosmologi standar yang paling diterima saat ini untuk menjelaskan asal usul dan evolusi alam semesta yang teramati. Teori ini bukan merujuk pada ledakan di suatu ruang yang sudah ada, melainkan ekspansi dari ruang waktu itu sendiri dari keadaan yang sangat padat dan panas sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu.
Menurut model ini, seluruh materi dan energi di alam semesta pada awalnya terkonsentrasi dalam sebuah titik tak terhingga padat dan panas yang dikenal sebagai singularitas. Pada titik ini, hukum fisika yang kita kenal saat ini tidak berlaku. Apa yang terjadi "sebelum" Big Bang masih menjadi misteri terbesar dalam sains, karena konsep waktu seperti yang kita pahami baru dimulai saat ekspansi tersebut terjadi.
Momen awal Big Bang menandai dimulainya perluasan yang sangat cepat. Dalam fraksi detik pertama, alam semesta mengalami periode yang disebut Inflasi Kosmik, di mana ruang mengembang secara eksponensial, jauh lebih cepat daripada kecepatan cahaya (ini tidak melanggar relativitas karena ruang itu sendiri yang meluas, bukan objek di dalamnya yang bergerak melalui ruang). Ekspansi ini meratakan ruang dan mempersiapkan panggung untuk formasi struktur yang lebih besar.
Seiring alam semesta mengembang, suhu dan kepadatannya mulai menurun drastis. Pada tahap awal ini, alam semesta dipenuhi oleh lautan partikel elementer yang sangat energik. Ketika suhu mendingin cukup signifikan, sekitar satu detik setelah Big Bang, kuark dan gluon mulai bergabung membentuk proton dan neutron.
Proses ini berlanjut hingga sekitar tiga menit setelah Big Bang, ketika suhu telah cukup rendah untuk memungkinkan fusi nuklir terjadi dalam skala besar. Periode ini disebut Nukleosintesis Big Bang (BBN). Selama BBN, proton dan neutron bergabung membentuk inti atom ringan, terutama hidrogen dan helium, bersama dengan sejumlah kecil lithium. Komposisi unsur ringan yang kita amati di alam semesta saat ini merupakan bukti kuat yang mendukung teori Big Bang.
Selama ratusan ribu tahun pertama, alam semesta masih terlalu panas sehingga elektron bebas berinteraksi terus-menerus dengan foton (cahaya), menjadikannya buram seperti kabut padat. Cahaya tidak bisa bergerak bebas.
Sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, suhu turun hingga sekitar 3000 Kelvin. Pada titik ini, inti atom berhasil menangkap elektron bebas untuk membentuk atom netral pertama. Peristiwa ini disebut Rekombinasi. Ketika elektron terikat pada inti, foton tiba-tiba dapat bergerak bebas melintasi ruang. Cahaya yang dilepaskan pada momen inilah yang kini kita deteksi sebagai Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB). CMB adalah "gema" termal dari Big Bang dan merupakan pilar observasional terpenting dari teori ini.
Setelah CMB dilepaskan, alam semesta memasuki Zaman Kegelapan, di mana belum ada bintang atau galaksi. Namun, fluktuasi kerapatan yang sangat kecil dalam materi yang tersebar (terlihat dalam variasi suhu CMB) menjadi benih bagi struktur masa depan. Seiring waktu, di bawah pengaruh gravitasi, materi gelap dan materi biasa mulai menggumpal.
Sekitar 100 hingga 200 juta tahun setelah Big Bang, gumpalan materi pertama runtuh, memicu reaksi fusi nuklir dan melahirkan bintang-bintang generasi pertama—bintang-bintang raksasa yang sangat panas dan berumur pendek. Kematian bintang-bintang ini kemudian menyebarkan unsur-unsur yang lebih berat ke seluruh kosmos, memungkinkan pembentukan bintang generasi berikutnya, planet, dan pada akhirnya, kehidupan.
Observasi terus-menerus terhadap pergeseran merah galaksi (yang menunjukkan bahwa alam semesta terus mengembang) dan studi mendalam tentang CMB memastikan bahwa model Big Bang tetap menjadi kerangka kerja terbaik kita untuk memahami perjalanan luar biasa dari singularitas menuju kosmos yang luas dan penuh struktur yang kita saksikan hari ini.