Universo: caótico, oscilante ou em expansão?

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09 Março 2011

O célebre cientista John D. Barrow, professor da Universidade de Cambridge e autor de The Book of Universes (Ed. Bodley Head), um dos defensores da teoria do "multiverso", explica as suas teses, a partir das equações de Einstein e dos dados que hoje podemos reunir graças à tecnologia. Resta a pergunta: por que, em um certo ponto, a aceleração do espaço mudou de velocidade?

O artigo foi publicado no jornal La Repubblica, 09-03-2011. A tradução é de Moisés Sbardelotto e revisada pela IHU On-Line.

Eis o texto.

Até os primeiros anos do século XX, a cosmologia era mais semelhante à história da arte do que à ciência. Havia estilos de universo. Podia-se imaginar, como no passado, ao que o Universo deveria se assemelhar. Alguns gostavam dos seus universos infinitamente antigos. Outros queriam que a história cósmica tivesse um início preciso. Outros ainda que o seu universo fosse cíclico, que tivesse um crescimento e uma decadência como o ciclo da vida e que todo novo ciclo ressurgisse como uma fênix das cinzas do anterior.

Todas essas imagens tinham a sua própria origem em figuras religiosas, artísticas ou filosóficas de como as coisas deveriam ser. As observações feitas das estrelas e dos seus movimentos frequentemente eram adaptadas a uma imagem criada por outras razões.

Tudo isso mudou em 1915. Pela primeira vez, a nova teoria da gravidade de Einstein, definida como teoria geral da relatividade, forneceu equações cujas soluções eram universos inteiros. Foi uma reviravolta. Pouco a pouco, encontraram-se soluções para as equações sobre o universo de Einstein. Elas revelavam que o universo estaria se expandindo, uma possibilidade confirmada pelas observações realizadas por Edwin Hubble e Milton Humason, em Mount Wilson, em 1929.

Descobriu-se assim que toda espécie de variedade de expansão era possível. Inicialmente, a expansão parecia sempre simples e simétrica, como uma esfera que se expande, mas depois se descobriu que eram possíveis também universos em expansão em velocidades diferentes e com direções diferentes e que eram admissíveis até universos rotantes que permitem viajar para trás no tempo.

Em The Book of Universes, conto a história de todos os universos possíveis revelados pelas equações de Einstein. Até hoje, foram encontradas só algumas soluções para essas complicadas equações e, quando se descobre uma nova, frequentemente lhe é dado o nome de quem a descobriu. Temos universos que se expandem e se contraem, universos oscilantes; universos caóticos; universos que têm um início e um fim; e universos que não têm nem um nem outro.

Em 1965, os radioastrônomos descobriram a radiação térmica que havia sido predito que existisse se o universo houvesse se expandido de um big bang extremamente quente. Daquele momento em diante, os cosmólogos se concentraram sempre mais nos processos físicos ocorridos no universo no início da sua história, em busca de provas que confirmassem a nossa reconstrução do passado. Até 1980, era claro que o universo estava se expandindo de um modo misteriosamente simétrico a uma velocidade muito próxima da velocidade mínima necessária para superar a gravidade e continuar se expandindo para sempre.

As equações de Einstein já haviam fornecido excelentes descrições desse estado das coisas em uma galeria de possibilidades. O que faltava era uma explicação do porquê o universo tinha essas características especiais e continha também uma especial distribuição de pequenas irregularidades transformadas em galáxias.

Em 1981, Alan Guth propôs um novo modelo de universo em expansão, em cujas fases primordiais teria havido uma breve descarga de expansão acelerada, definida como "inflação". O resultado é muito significativo: poderia explicar por que houve essa expansão simétrica naquela velocidade particular que vimos e por que gerou pequenas irregularidades casuais "esticadas" pela expansão, fornecendo assim as sementes das quais se formaram depois as galáxias, dez bilhões de anos depois.

Essa sequências de eventos teria deixado importantes variações espiãs na radiação térmica que ficou no céu de hoje desde o universo primordial. Os nossos satélites encontraram algumas partes dos modelos previstos. Veremos se neste ano o satélite Planck, da Agência Espacial Europeia - ESA, conseguirá encontrar outras.

O fenômeno da inflação nos leva também a esperar que outras partes do Universo, onde não conseguimos ver por causa da velocidade finita da luz, sejam muito diferentes da nossa parte visível. Além disso, o processo da inflação se autorreproduz, e qualquer região que se dilata criará as condições para uma posterior inflação de partes dessa região. Esse processo de inflação "eterna" não tem final e não precisa ter um início. Muda a nossa resposta à antiga pergunta: "o universo teve um início?". A nossa porção visível de todo o universo pode ter tido um início, mas todo o "multiverso", composto de diferentes regiões que se inflam, todas a velocidades diferentes, não precisa ter um início.

Na última década, constantemente recolhemos provas de que houve uma era de inflação há 13,7 bilhões de anos, mas descobrimos também que o universo começou a acelerar de novo há 4 bilhões de anos, depois de ter se expandido por cerca de três quartos da sua extensão atual. Essa mudança de marcha da desaceleração cósmica à aceleração é descrito com extraordinária precisão por uma das soluções às equações de Einstein encontradas pela primeira vez pelo cosmólogo belga Georges Lemaître, em 1927. Porém, mesmo que o universo de Lemaître seja uma bela descrição, queremos saber por que o nosso universo mudou de marcha e começou a acelerar há alguns bilhões de anos. Por quê, portanto?

Uma abordagem muito em voga é a de imaginar que o multiverso de regiões que podem emergir no cenário da inflação eterna cobre todas as possibilidades e que acabamos habitando uma daquelas regiões que começaram a acelerar muito tarde, permitindo a evolução de galáxias, estrelas, planetas e da vida. Ainda mais interessante poderia ser uma nova extensão da teoria de Einstein, desenvolvida por Douglas Shaw e pelo subscrito em Cambridge, que está para ser publicada na revista Physical Review Letters. Impondo a limitação da casualidade em uma cosmologia quântica, somos capazes de explicar pela primeira vez por que a recente aceleração iniciou justamente naquele momento. Podemos também predizer uma outra característica muito precisa da expansão que os dados fornecidos pelo satélite Planck serão capazes de determinar. Portanto, o jarro mágico dos universos ainda não se exauriu. Nos próximos dois anos, veremos muitos novos dados que confirmarão ou excluirão uma série de possíveis universos e nos ajudarão a entender por que o nosso é feito dessa forma.

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