A IMAGEM DO UNIVERSO (31/n)

BIG BANG E TEORIAS DECORRENTES

- As galáxias estão se afastando!

A percepção de que o Universo estava continuamente se expandindo, comprovada pelas observações do astrônomo Edwin Hubble, levou o físico belga George Lemaître à pergunta inevitável: desde quando?

- Desde o início do Universo, quando todas as galáxias estavam juntas num "átomo primordial", concluiu Lemaître.

- Átomo primordial?

- Se as galáxias estão todas se afastando, então devem ter estado sempre mais próximas à medida que se considera um passado cada vez mais remoto, até que, na origem, estiveram reunidas num volume reduzido, muito denso e muito quente, que seria o volume mínimo e inicial da expansão. Esse volume, de pressão, temperatura e densidade infinitamente elevadas, começou a se expandir, possivelmente a partir de uma explosão.

Passado ------ Futuro

A teoria de Lemaître, a exemplo da de Friedmann, basou-se nas implicações das equações de Einstein e ficou conhecida pelo nome de "Teoria do Big Bang".


Muitos cósmólogos desde então passaram a admitir que o Universo prosseguirá sua expansão indefinidamente, se sua massa não for suficientemente grande para interromper a caminhada; caso contrário, em algum momento, a gravidade começará a predominar e o Universo passará da expansão à contração, de maneira a regressar ao "átomo primordial", num processo a que se costuma chamar de "Big Crunch". Não se conhece a massa total do Universo, mas, se for grande bastante para deter a expansão, a eternidade contemplará cada "Big Bang" sucedido por um " Big Crunch", para dar início a outro "Big Bang", seguido de outro "Big Crunch", e assim sucessivamente, por toda a eternidade.

Acima da linha intermediária: expansão eterna
Abaixo: Um Big Crunch após cada Big Bang

Radiação cósmica de fundo

Um dos que apoiaram Lemaître foi o cientista russo George Gamow (1904-1968), professor da George Washington University. Para além de outros estudos importantes em conexão com a teoria do Big Bang, em 1948 Gamow formulou, com assistência dos físicos Ralph Alpher e Robert Herman, a hipótese de que a explosão primordial postulada por Lemaître encheu o Universo com radiações muito quentes (trilhões de graus Kelvin, no iniciozinho da expansão).

- Essa radiação acompanha o Universo eternidade adentro, disse Gamow, e está atualmente na faixa de micro-ondas. Ela, que existia desde o iniciozinho da expansão, começou a circular quando o Universo deixou de ser opaco, exatamente por causa da expansão, com o surgimento de espaços vazios que permitiam a passagem da luz; quando a radiação começou a circular, o Universo tinha apenas 380 mil anos e sua temperatura já tinha decaído para 3.000 graus Kelvin.

George Gamow

- A radiação expande-se junto com o Universo, permeando-o totalmente, e está atualmente na temperatura de 5 graus Kelvin, conforme meus cálculos, postulou Gamow. Se houver algum meio de detectá-la, ouviríamos hoje um chiado de ondas de rádio vindo de todas as direções do espaço.

A radiação de Gamow e seus colaboradores ficou conhecida como Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas (RCFM): um sinal eletromagnético, na forma de ruído, que preenche todo o céu.

- Sua existência poderia comprovar a teoria do Big Bang, com papel fundamental na Cosmologia.

Nucleossíntese do Big Bang

Uma ponto a favor da teoria do Big Bang veio ainda em 1948, com Gamow e Alpher conseguindo estimar as temperaturas e as densidades do Universo nos primeiros instantes da expansão, quando toda a matéria era ainda formada por uma colossal sopa de hidrogênio. Temperatura e densidade permitem estudar a nucleossíntese, ou seja, as fusões de elementos para obter elementos mais pesados. A nucleossíntese do Big Bang permitiu a Gamow e Alpher estabelecerem que após cinco minutos do início da expansão 25 % do conteúdo material, inicialmente todo de hidrogênio, converteram-se em hélio, surgindo, ainda, lítio e berílio, em proporções marginais. As percentagens encontradas nos cálculos coincidem com as do Universo real. (Os elementos mais pesados foram gerados muito depois, na nucleossíntese das estrelas e das supernovas, conforme estudos posteriores de Fred Hoyle.)

Universo inflacionário

Outra teoria que mais tarde surgiria alinhada com a do Big Bang, e em decorrência desta, foi a do Universo Inflacionário, do físico Alan Guth, do MIT (Massachusetts Institute of Technology), que dá uma explicação relativa ao iniciozinho do Universo: no primeiro trilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo, a contar do início da expansão, ocorreu a inflação do Universo.

- Inflação do Universo?

- Uma misteriosa força de antigravidade fez o Universo se expandir de maneira inimaginável, numa velocidade muitas vezes maior do que a da luz. A cada tempo de 10 elevado a -37 segundo, o Universo dobrou de tamanho, dobrando algumas centenas de vezes num intervalo de tempo igual a 10 elevado a -35 segundo. Depois, a inflação cessou e o Universo material começou a se expandir normalmente.

- Muito complicado. Pode alguma velocidade ser maior do que a da luz?

- Nenhuma entidade material pode ter velocidade maior que a da luz. No caso, porém, o que se expandiu foi o espaço vazio.

Alan Guth

Imagine um balão que está sendo inflado, cheio de pontos na superfície, que representam as galáxias. Na superfície do balão, desenhe um círculo microscópico - este círculo microscópico representa o Universo visível, ou seja, tudo que podemos ver com os nossos telescópios. Se o Universo visível fosse do tamanho de um átomo, o Universo total seria maior do que o Universo visível.

- Caramba!

- O Universo visível parece plano, seguindo a geometria euclidiana, porque está curvado numa escala gigantesca, da mesma forma que a Terra, redonda, nos parece achatada.

Mera especulação?

O Big Bang mais parecia uma história de ficção do que uma teoria científica. Quem podia saber? Enquanto provas não fossem apresentadas, a teoria ficaria na classificação de "especulação científica", facilitando o surgimento de teorias alternativas, igualmente especulativas, como foi a teoria do Estado Estacionário, que será discutida no decorrer da próxima postagem.