Há cerca de
100 anos surgiam as teorias e observações do cosmos que abriram caminho para as
primeiras respostas
Einstein, Friedmann,
Lemaître e Hubble são os principais autores dos estudos que, na década de 1920,
permitiram explicar a origem do Universo e sua evolução.
Com auxílio dos primeiros telescópios superpotentes, o astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) descobre a existência de outras galáxias, além da Via Láctea. Mas não só isso. Ele demonstra em 1929 que essas galáxias se afastam umas das outras a uma velocidade proporcional à distância entre elas.
Em 1927 e de modo
independente, a relação velocidade-distância entre galáxias fora descoberta
pelo astrônomo belga Georges Lemaître. Daí que, em 2018, a “Lei de Hubble”,
atribuída ao cientista americano, passa a chamar-se “Lei de Hubble-Lemaître”. É
considerada uma peça-chave da expansão do Universo.
Consequência dessa lei, a “constante
de Hubble” designa a taxa de expansão do Universo em um dado instante. Ela é fundamental
para determinar a distância entre as galáxias em função da velocidade: quanto mais
longe umas das outras, mais rápido elas se afastam.
Atualmente, estima-se que a constante de Hubble tem o valor médio de cerca de 70 km/s por Mpc (Mega-parsec,
uma unidade astronômica de comprimento, igual a 3,26 “anos-luz”); graças a ela
foi possível chegar ao número de 13,8 bilhões de anos para a idade aproximada do
Universo.
Dois métodos são usados
para medir a constante de Hubble: o do fundo cosmológico difuso e o da medida
local de distância. O primeiro resulta da “radiação fóssil”, uma relíquia do
Universo primordial descoberta em 1965 e detectada pelo satélite Planck em 2009,
que nasce 380 mil anos após o Big Bang.
O segundo baseia-se nas “velas
padrão”, objetos astronômicos com luminosidade conhecida, que permitem
determinar distâncias extragalácticas. As Supernovas, estrelas em final de
vida, são velas padrão usadas para medir a distância entre galáxias.
O problema é que os
valores da constante de Hubble obtidos por cada um desses métodos diferem em
quase 10%. E ainda não se sabe a razão dessa disparidade. As hipóteses mais
comuns questionam a precisão do modelo matemático e do método de medição e até
a necessidade de uma nova física capaz de explicar tal discrepância.
Há ainda outras teorias,
mais originais, como por exemplo a ideia de que nossa galáxia é delimitada por
uma “bolha gigante”, que ocupa uma região do espaço de baixa densidade. A visão
do cosmos observada a partir dessa bolha explicaria a perturbação da medida da
constante de Hubble. É a hipótese proposta por Lucas Lombriser, professor de
física teórica da Universidade de Genebra (Suíça).
Como explica a astrônoma
do Observatório francês Midi-Pyrénées, Geneviève Soucail, a constante de Hubble
é importante para entender a evolução do Universo. “Seu valor é um indicador da
idade global do Universo em um dado instante a partir do Big Bang”, diz
Soucail.
A observação do cosmos nos
dá a impressão de que as galáxias se afastam umas das outras, mas na verdade é
o próprio espaço que se expande. A questão é saber com que velocidade ele está
se expandindo. Daí a importância de saber com exatidão o valor da constante de Hubble.
O astrofísico e divulgador de ciência canadense Hubert Reeves
destaca dois outros importantes legados de Edwin Hubble: que o Universo é gigantesco
ou muito maior do que se imaginava (sabe-se hoje que contém centenas de bilhões
de galáxias) e que as galáxias se movimentam de modo estruturado (até então
supunha-se que elas se movimentavam aleatoriamente).
“Uma imagem que ilustra bem a expansão do Universo é a de um panettone de passas assando no forno. À medida que ele cresce, as passas próximas do centro se afastam lentamente, enquanto as que estão longe se afastam mais rapidamente umas das outras”, explica Reeves.
Outra contribuição relevante para explicar a evolução do Universo foi dada por Alexander Friedmann (1888-1925). O matemático e cosmólogo russo foi o pioneiro na resolução das “equações de campo” de Einstein, cujas soluções forneceram as primeiras evidências da expansão do Universo e os fundamentos da teoria do Big Bang.
Mas, o que significa o
Universo estar em expansão? Significa que ele tem uma história. E essa história remonta
ao Big Bang. E suscita uma outra pergunta: o que havia antes do Big Bang? O
astrofísico e youtuber francês Aurélien Barreau, especialista em buracos negros e
cosmologia, responde.
A resposta pode ser dada do
ponto de vista da Relatividade Geral ou de teorias especulativas “que não
contam com o mesmo nível de corroboração experimental”, diz Barreau. A teoria
de Einstein mostra que a geometria espaço-tempo responde dinamicamente à presença
da matéria, constituindo uma substância em permanente evolução.
É desse prisma que se
compreende a expansão do Universo. “Não se trata do deslocamento de corpos
dentro de um espaço, mas sim do próprio espaço que se dilata”. Em outras
palavras, o que ocorre é um movimento próprio do espaço-tempo, conforme
descrevem as equações de Einstein, explica Barreau.
Se regressamos no tempo 13,8 bilhões de anos, chegamos ao Big Bang. De acordo com a cosmologia moderna, tudo o que observamos hoje no cosmos estava concentrado, naquele momento, em uma esfera minúscula, menor do que a cabeça de um alfinete.
Cabe frisar que a Relatividade
Geral só funciona a partir de uma pequena fração de tempo desde o Big Bang.
O Universo, inicialmente
quente e denso, teria se expandido rapidamente, transformando partes de quarks
em hádrons. “Um hádron e três quarks formam um próton, que compõem os
núcleos dos átomos que constituem a Terra, nós mesmos e o Universo que nos
rodeia”, explica You Zhou, um dos autores da pesquisa, publicada na revista Physics
Letters B no último dia 11.
Mas se retrocedemos ao momento inicial exato, as coisas se complicam, esclarece Barreau, pois “no instante zero temos o que chamamos em matemática de ‘singularidade’, quando as grandezas físicas se tornam infinitas e a teoria de Einstein, que traduz perfeitamente todos os movimentos dos astros, das estrelas aos buracos negros, não funciona mais”.
“Remontar ao Big Bang é perfeitamente previsto pela teoria. Mas se indagamos o que havia
antes dele, temos uma questão falsa. E por que é falsa? Porque não há o ‘antes’. A rigor, espaço e tempo são a mesma coisa, são dois aspectos da
mesma entidade subjacente. É como perguntar a um explorador que chega ao Polo Norte o que ele encontrou ao norte do Polo Norte”, afirma Barreau.
O midiático astrofísico
pondera, no entanto, que a questão é considerada “falsa” porque a resposta
emana de uma teoria que não se aplica ao exato instante do Big Bang. Isto
porque a Relatividade Geral não é capaz de descrever fenômenos do microcosmos,
um domínio da física quântica.
Para descrever o instante
zero do Universo, as duas teorias devem ser utilizadas ao mesmo tempo, já que naquele
instante coabitam um campo gravitacional e um regime quântico. “Consequentemente,
é necessária uma teoria que leve em conta os dois aspectos, à qual chamamos ‘modelo
de gravitação quântica’, o Graal da Física Quântica”, conclui Barreau.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269320301076?via%3Dihub
https://www.youtube.com/watch?v=AGUdw09CYw0
https://www.revistaplaneta.com.br/o-que-aconteceu-no-primeiro-microssegundo-do-big-bang-confira/
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