Como aconteceu o Big Bang?

Você acredita no Big Bang? A também chamada “Grande Explosão” é a teoria cosmológica dominante que tenta explicar a origem do universo. O termo “Big Bang” é usado pelos cientistas para explicar a ideia de que toda a existência teve início a partir de uma grande explosão. O Universo estava originalmente muito quente e denso em algum tempo finito no passado. Desde então tem se resfriado por conta da expansão ao estado diluído atual e continua se expandindo atualmente.

A teoria clássica do Big Bang lembra, pelo menos em um aspecto, a criação bíblica: Ela diz que o tempo e o universo tiveram um começo. Será que isso é verdade? Difícil afirmar com certeza, mas as teorias modernas sobre a origem do mundo preveem a existência de um “antes”.

A Origem da Teoria

Não se trata de fantasias, de frutos da imaginação exaltada de alguns cientistas ou místicos: pistas e restos daquilo que existia antes poderiam estar escondidos no espaço, sobretudo sob a forma de ondas gravitacionais, de extremamente fracas oscilações no espaço-tempo previstas por Einstein e com grande probabilidade observados por pesquisadores do projeto Colaboração BICEP2.

O cientista Georges Lemaître foi aquele que propôs a teoria Big Bang como a conhecemos, embora ele tenha chamado como “hipótese do átomo primordial”. O quadro para o modelo se baseia na teoria da relatividade de Einstein e em hipóteses simplificadoras (como homogeneidade e isotropia do espaço).

As equações principais foram formuladas por Alexander Friedmann. Depois Edwin Hubble descobriu em 1929 que as distâncias de galáxias distantes eram geralmente proporcionais aos seus desvios para o vermelho, como sugerido por Lemaître em 1927. Esta observação foi feita para indicar que todas as galáxias e aglomerado de galáxias muito distantes têm uma velocidade aparente diretamente fora do nosso ponto de vista: quanto mais distante, maior a velocidade aparente.

O Big Bang

Há quase 14 bilhões de anos, o universo em que vivemos se expandiu graças a um evento extraordinário, uma explosão de proporções inimagináveis que foi chamada de Big Bang. Calcula-se que, numa fugaz fração de segundo, o universo se expandiu exponencialmente, indo muito além dos limites que podem ser alcançados pelos nossos melhores telescópios.

Tudo isso era apenas teoria. Mas, há menos de um ano, quando os cientistas da Colaboração BICEP anunciaram a primeira evidência direta dessa inflação cósmica, o mistério das origens ficou muito mais perto de ser desvendado. Os dados obtidos representavam as primeiras imagens de ondas gravitacionais, ou ondulações no espaço-tempo. Essas ondas passaram a ser descritas como os “primeiros tremores do Big Bang”. Por fim, os dados confirmaram uma profunda conexão entre a mecânica quântica e a relatividade geral.

“Detectar estes sinais é um dos objetivos mais importantes da cosmologia hoje. Um monte de trabalho com um monte de gente levou até este ponto”, diz John Kovac (Harvard -Smithsonian Center for Astrophysics ), líder da colaboração BICEP2.

Grandes descobertas

Estes resultados inovadores vieram de observações pelo telescópio BICEP2 da radiação cósmica de fundo – um brilho fraco que sobrou do Big Bang. Flutuações minúsculas deste pós-origem fornecem pistas para conhecermos as características e condições do universo primitivo. Por exemplo, pequenas diferenças de temperatura em todo o céu mostram onde as partes do universo eram mais densas e, portanto, mais propensas a se condensarem formando galáxias e aglomerados galácticos.

LEIA TAMBÉM  Qual é o segredo da felicidade?

Para captar esses sinais, já estão funcionando em todo o mundo detectores de ondas gravitacionais extremamente sensíveis e sofisticados como o “Ligo” e o “Virgo”, que usam raios laser para medir o comprimento das ondas com grande precisão (com uma margem de erro inferior à espessura de um cabelo em relação a todo o Sistema Solar!)

Outros instrumentos, como o próprio radiotelescópio BICEP2, já revelaram as ondas gravitacionais surgidas imediatamente após o Big Bang. Também poderão revelar aquelas ondas surgidas instantes antes, dando-nos algumas informações a mais a respeito do que existia antes do próprio Big Bang.

Cronologia do universo

Uma extrapolação da expansão do universo no passado, usando a relatividade geral, produz uma densidade e uma temperatura infinitas em um tempo finito. Esta singularidade indica que a relatividade geral não é uma descrição adequada das leis da física neste regime. Quão próximos os modelos baseados apenas na relatividade geral podem ser usados ​​para extrapolar em direção à singularidade ainda é algo que está em debate – certamente não mais próximos do que o final da Era Planck.

Esta singularidade primordial é por si só chamada de “o Big Bang”,[53] mas o termo também pode se referir a uma fase mais genérica, mais quente e densa[54] do universo. Em ambos os casos, “o Big Bang” enquanto evento também é coloquialmente referido como o “nascimento” do nosso universo, uma vez que representa o ponto da história onde o universo entrou em um regime onde as leis da física passaram a funcionar da maneira como nós as entendemos (especificamente a relatividade geral e o modelo padrão da física de partículas).

Baseado em medições da expansão usando supernovas tipo Ia e a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o tempo que passou desde aquele evento, também conhecido como “idade do universo”, é de 13,799 ± 0,021 bilhões de anos. Medições independentes desta idade apoiam o modelo ΛCDM, que descreve em detalhes as características do universo.

As teorias que tentam explicar o nascimento do Universo

Segundo alguns estudiosos de mecânica quântica, a nossa própria realidade se desdobra toda vez que uma partícula tem a possibilidade de se comportar de modos diversos, dando vida a dois universos paralelos: em um deles a partícula de um modo, no outro de modo oposto. De desdobramento em desdobramento são criadas todas as possíveis variáveis. Assim, existiria um mundo no qual a América não foi descoberta por Colombo, um outro mundo no qual a humanidade não surgiu na África, e sim no Alasca, e um terceiro mundo no qual o Brasil não perdeu a última Copa do Mundo, pelo contrário, venceu esse campeonato vencendo a Argentina por 7 a 1!

Parece, que teremos de nos acostumar não apenas à ideia de que a Terra não é o único planeta habitado (como parecem testemunhar o enorme número de exoplanetas descobertos até agora), mas que também a Terra não pertence ao único universo existente. De qualquer forma, as possibilidades imaginadas pelos cientistas são de dar vertigem.

1. Universos paralelos

Segundo Alan Guth, físico do Mit di Boston (EUA), o nosso universo surgiu a partir de uma instabilidade do “vazio” primordial. Esse vazio era semelhante a um fluido extremamente quente, no qual surgiam bolhas em contínua expansão… exatamente como acontece numa panela d’água em ebulição.Nosso universo era uma das bolhas, as outras bolhas eram universos “paralelos” ao nosso.

LEIA TAMBÉM  Do StarTAC ao iPhone: a evolução dos celulares

O Modelo de Guth foi superado pelo de Andrei Linde, físico da Universidade de Stanford (EUA), segundo o qual os universos não nascem de um estado primordial quentíssimo, mas sim de flutuações de certos parâmetros no vazio. Segundo Linde, a realidade última é um “multiverso”: uma espécie de fluxo eterno de universos que nascem uns dos outros.

O universo seria constituído de muitas bolhas que, por sua vez, produzem novas bolhas, em um processo infinito. As bolhas são criadas a partir de repentinas mudanças das características energéticas do vazio. As constantes físicas (como a velocidade da luz) teriam valores diferentes em cada uma das bolhas.

2. Universo-mãe

Um universo primordial genitor de si mesmo e de todos os outros universos, entre os quais o nosso. Esta é a ideia de J. Richard Gott e Li-Xin Li, físicos da Universidade de Princeton, EUA. O modelo é similar ao multiverso de Linde (hipótese precedente), mas segundo Gott e Li no princípio de tudo existe um “universo-mãe”, um mundo no qual a estrutura espaço-tempo se fecha e se completa em si mesma, como uma rosca.

Desse modo, o passado coincide com o futuro, como um trem que gire em círculo passando sempre pelos mesmos lugares. E, desse modo, continuamente fechando o círculo sobre si mesmo, como uma serpente que come o próprio rabo, o universo-mãe geraria outros universos ad infinitum, entre eles também o nosso.

3. Teoria das cordas

Segundo o físico italiano Gabriele Veneziano, um dos criadores da teoria das cordas, antes do Big Bang existia um oceano caótico de ondas no qual o tempo não tinha uma direção bem definida. “A um certo ponto a matéria começou a ficar mais densa sob o efeito da gravidade e a flecha do tempo começou a apontar para uma direção precisa”, explica Veneziano.

“A matéria se comprimiu deformando o espaço e o tempo de um modo extremo e, como consequência desse processo, foi gerado o Big Bang”. Como demonstrá-lo? “A teoria prevê, entre outras coisas, a existência de uma partícula chamada “dilaton” que teria desempenhado um papel importante naquela fase”, conclui Veneziano “e da qual seria possível encontrar-se traços graças aos reveladores de ondas gravitacionais”.

4. Teoria da membrana tridimensional

Uma hipótese recente, baseada sobre uma evolução da teoria das cordas, sustenta que o nosso universo seria uma “membrana tridimensional” suspensa em um espaço mais amplo, possuidor de 4 ou mais dimensões, no qual se encontram também outras membranas (outros universos paralelos).O Big Bang teria surgido da energia que se liberou do choque da nossa membrana com uma outra.

“Em algumas versões desse cenário, no momento do choque foi formada uma certa quantidade de “cordas cósmicas” (defeitos filiformes de enormes dimensões no espaço-tempo) que ainda poderiam ser encontradas em nosso universo”, explica Veneziano. É possível verificar isso? Talvez: tais cordas se comportariam como uma lente e desviariam a luz que nos chega proveniente de estrelas distantes.

5. Teoria dos buracos de minhoca

O físico teórico Nikodem Poplawski, da Universidade de Indiana, EUA, publicou na revista científica Physics Letters B um estudo no qual sugere uma curiosa e sugestiva eventualidade. A análise matemática dos buracos negros, dos buracos brancos, e dos pontos de Einstein-Rosen (túneis no espaço-tempo que os interligam), levou à teoria de que o nosso universo possa existir no interior de um desses pontos.

LEIA TAMBÉM  Como e por que doar o seu corpo para a ciência?

Existiriam portanto outros dois universos conectados entre si por um túnel buraco de minhoca, e nós estaríamos exatamente dentro do túnel que os conecta.A teoria vai além. O físico, com efeito, hipnotiza que todos os buracos negros do nosso universo estejam, por sua vez, conectados a pontos de Einstein-Rosen e em cada um deles teria sido gerado um universo diferente.

Segundo Nikodem Poplawski, colocar o nosso universo no interior de um buraco de minhoca poderia ajudar a resolver a questão da origem da inflação, a rapidíssima expansão introduzida pela teoria standard do Big Bang com o objetivo de explicar a homogeneidade do universo, e cuja existência foi confirmada pelo experimento BICEP2.

O fim do Big Bang?

Uma nova teoria está abalando o campo da física e poderá mudar tudo o que pensamos sobre a origem do Universo. Trata-se do Big Bounce, ou “Grande Rebote” ou ainda “Grande Salto”. A teoria sugere que o Cosmos teria sido gerado a partir do colapso gravitacional de um Cosmos muito mais antigo.

O modelo do Grande Rebote sugere que um Universo prévio entrou em colapso, dando origem ao que habitamos. Essa teoria também contempla a possibilidade de um Big Bang – não como início absoluto, mas como parte de um grande ciclo no qual um Universo antigo dá lugar a um novo.

Segundo o Big Bounce, o universo se expande e se contrai indefinidamente. O que temos hoje seria o resultado de um “salto” de uma expansão para a contração. No “rebote” desse vai e vem, nosso universo teria se formado.

Existem provas?

A teoria do Grande Rebote existe desde 1922, mas faltavam argumentos físicos e matemáticos para explica-la e coloca-la em teste. Agora, um novo estudo acaba de ser publicado na Physical Review Letters, no qual os pesquisadores Steffen Gielen e Neil Turok explicam como o Big Bounce teria ocorrido.

De acordo com os estudiosos, no início, todo o universo era uniforme e regido pelas mesmas leis. Atualmente, temos duas grandes vertentes na física: a Teoria da Relatividade de Einstein e a Teoria Quântica. A primeira consegue explicar o comportamento dos grandes corpos no universo, mas a Física Quântica explica o comportamento de partículas subatômicas.

O que os pesquisadores sugerem é que no princípio havia uma “simetria conforme” dos corpos, onde todo o universo era exatamente igual e uniforme, independente da escala – partículas, planetas, estrelas e galáxias. Assim, no início do universo, onde toda a matéria estava na forma de partículas e ainda não existiam as grandes estruturas atuais, a lei vigente era a física quântica.

A chamada cosmologia quântica de laços está acumulando argumentos a favor do Big Bounce. Quando cientistas fizeram simulações computacionais do universo descrito pelas equações da gravidade quântica, perceberam que o universo se tornava cada vez mais denso, se aproximando do momento do Big Bing. Isso já era esperado. Mas, em vez de desmoronar em um ponto de densidade infinita – a singularidade do Big Bang -, a simulação do cosmo rebateu e começou a se expandir de novo.

Se as equações estiverem corretas, nosso universo não veio da explosão de um ponto, mas do rebote de um universo anterior no processo de compressão: um Big Bounce.