A TEORIA DO "BIG BANG" (PARTE 2 DE 2)

OS PRIMEIROS MOMENTOS APÓS O “BIG BANG”

O primeiro instante da expansão do “Big Bang” é ainda uma área de investigação aberta. A teoria não fornece uma explicação para as condições iniciais do Universo, mas apenas descreve e explica a evolução geral do Universo daquele ponto para diante. O Universo original não era regido pelas leis da física como hoje as conhecemos. Consequentemente, não se pode dizer, com precisão, como o Universo se parecia durante os primeiros minutos da sua criação. A despeito disso, os cientistas conseguiram construir uma representação aproximada da evolução do Universo.

Os cientistas acreditam que o Universo era, inicialmente, tão quente e denso, que mesmo as partículas elementares como prótons e nêutrons não poderiam existir. Ao invés disso, alguma coisa que ocupava volume, chamada de matéria e antimatéria, colidia entre si, criando pura energia. Mas à medida que o Universo começou a resfriar-se, durante os primeiros poucos minutos, prótons, nêutrons e, posteriormente elétrons, começaram a formar-se e, com o tempo, juntaram-se para formar Hidrogênio e pequenas quantidades de Hélio. Durante os bilhões de anos que se seguiram, estrelas, planetas e galáxias se formaram para criar o Universo tal como o conhecemos hoje.

EVIDÊNCIAS DO “BIG BANG”

As mais antigas e diretas experiências evidentes da teoria são a expansão do Universo, de acordo com a Lei de Hubble (como indicado pelo redshift das galáxias); a descoberta e medição da micro-onda cósmica de fundo (CMB); e as abundâncias relativas de elementos de luz produzidas pela nucleossíntese do “Big Bang”. Evidências mais recentes incluem observações de formação e evolução de galáxia e a distribuição de estruturas cósmicas a grande escala. Estas são, algumas vezes, chamadas de “quatro pilares” da teoria do “Big Bang”.

A Lei de Hubble tem duas explicações possíveis: ou nós somos o centro da explosão das galáxias – inadmissível pelo Princípio de Copérnico, que estabelece que a Terra não se encontra numa posição central especialmente favorecida no Universo – ou o Universo expande-se uniformemente em todas as direções, fato já previsto por Alexander Friedmann, em 1922, e por George Lemaître, em 1927, bem antes das análises e observações de Hubble, em 1929. Aliás, medições dos efeitos da radiação de micro-onda cósmica de fundo sobre os sistemas astrofísicos distantes, em 2000, provaram o Princípio de Copérnico. A radiação do “Big Bang” foi, comprovadamente, mais quente em tempos passados, em todo o Universo. O resfriamento uniforme da micro-onda cósmica de fundo, por bilhões de anos, é explicado somente se o Universo continua experimentando uma expansão métrica e exclui a possibilidade de que estejamos próximos do único centro de uma explosão. Além disso, os teoristas do “Big Bang” usaram a Lei de Hubble para calcular a idade do Universo em torno de 14 bilhões de anos, consistente com medidas realizadas por outros processos.

Em 1964 Arno Penzias e Roberto Wilson descobriram, por acaso, a Cosmic Microwave Background (CMB - radiação cósmica de fundo) – e por essa descoberta receberam, em 1978, um Prêmio Nobel -, um sinal onidirecional na banda de micro-onda. Esse sinal é muitas vezes descrito como um “eco” do “Big Bang”. Como o Universo teve uma origem, ele deixaria uma assinatura do evento, da mesma forma que um eco ouvido num canyon representa uma assinatura do som original, neste caso representado, não por um eco audível, mas por uma assinatura de calor deixada através do espaço. A CMB é a radiação térmica que sobrou do “Big Bang” da cosmologia. Na literatura mais antiga a CMB é também conhecida por Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR), ou “radiação relix”. A CMB é uma radiação remanescente cósmica fundamental para a cosmologia de observação porque é a mais antiga luz no Universo, datando da época da recombinação (época em que os elétrons e prótons carregados ligaram-se pela primeira vez para formar átomos neutros de Hidrogênio). A radiação descoberta era consistente com o espectro de um corpo negro quase perfeito em todas as direções; este espectro tem sido desviado para o vermelho (redshifted) pela expansão do Universo e hoje corresponde a, aproximadamente, 2,725ºK (-270,425ºC). Isso inclinou a balança da evidência a favor do modelo “Big Bang”. Outros experimentos sobre o CMB continuam em andamento.

Uma outra verificação da teoria do “Big Bang” é que o Universo deveria estar se afastando de nós e isso é o que acontece, pois em qualquer direção que se olhe no espaço, veremos os objetos se afastando de nós com uma velocidade proporcional à sua distância de nós, através do fenômeno do redshift (deslocamento para o vermelho).

A visão panorâmica de todo o céu próximo do infra-vermelho revela a distribuição de galáxias além da Via Láctea, codificadas pela cor pelo redshift. Observações detalhadas da morfologia e distribuição de galáxias e quasars (fontes de rádio quase estelares, os mais energéticos e distantes membros de uma classe de objetos chamados núcleos galácticos ativos), estão de acordo com o estado atual da teoria do “Big Bang”. Uma combinação de observações e teoria sugere que os primeiros quasars e galáxias se formaram cerca de um bilhão de anos após o “Big Bang” e desde então estruturas maiores têm se formado, como amontoados de galáxias (estruturas com centenas a milhares de galáxias em qualquer lugar, mantidas unidas pela gravidade) e super grupos (grandes grupos de grupos de galáxias menores). As populações de estrelas têm envelhecido e evoluído, de forma que galáxias distantes (observadas como eram no Universo inicial) aparecem muito diferentes de galáxias próximas (vistas num estado mais recente). Além disso, galáxias formadas relativamente recentemente aparecem muito diferentes de galáxias formadas a distâncias semelhantes, mas logo após o “Big Bang”. Essas observações constituem forte argumento contra o modelo de Estado Constante, mas concordam bem com as simulações do “Big Bang” da formação de estruturas no Universo e ajudam a completar detalhes da teoria.

Em 2011 os astrônomos descobriram o que eles acreditam ser as primeiras nuvens do gás primordial, pela análise de linhas de absorção do espectro de quasars distantes. Antes dessa descoberta todos os outros objetos astronômicos continham elementos pesados formados nas estrelas. Essas duas nuvens de gás não contêm elementos mais pesados que o hidrogênio e o deutério. Uma vez que as nuvens de gás não possuem elementos pesados, provavelmente elas se formaram nos primeiros minutos após o “Big Bang”, durante a sua nucleossíntese, batendo com a composição prevista. Isso fornece evidência direta de que houve um período na história do universo, antes da formação das primeiras estrelas, quando a matéria mais ordinária existia em forma de nuvens de hidrogênio neutro.

Chama-se “Nucleossíntese”, o processo que cria novos núcleos atômicos a partir de partículas nucleares (nucleons) preexistentes, primariamente prótons e nêutrons. Os primeiros núcleos foram formados cerca de três minutos após o “Big Bang”, pelo processo chamado de Nucleossíntese do “Big Bang”. Foi então que hidrogênio e hélio, elementos leves, se formaram, formando o conteúdo das primeiras estrelas, sendo responsável pela presente relação hidrogênio/hélio do cosmos. Com a formação de estrelas, núcleos mais pesados foram criados a partir do hidrogênio e do hélio por nucleossínteses estelares, um processo que prossegue ainda hoje. Alguns desses elementos, principalmente os mais leves que o ferro, continuam a ser liberados ao meio interestelar quando estrelas de baixa massa ejetam seu envelope mais externo antes de entrarem em colapso para formar anãs brancas(1) . O que sobra da sua massa ejetada forma as nebulosas planetárias, observadas por toda a nossa galáxia.

Uma estrela ganha elementos mais pesados pela combinação de seus núcleos mais leves, hidrogênio, deutério (hidrogênio pesado), berílio, lítio e boro, encontrados nas composições iniciais da estrela. Portanto, gás interestelar contém quantidades declinantes desses elementos leves, presentes apenas em virtude de suas nucleossínteses durante o “Big Bang”. Quantidades maiores desses elementos mais leves, presentes no atual Universo, foram restauradas através de bilhões de anos de colapso indireto de raios cósmicos (principalmente prótons de alta energia) de elementos mais pesados em gás e poeira interestelar. Os fragmentos dessas colisões de raios cósmicos incluem os elementos leves Lítio, Berílio e Boro.

As primeiras ideias sobre nucleossíntese eram simplesmente que os elementos químicos haviam sido criados no início do Universo, mas nenhum cenário físico racional pôde ser identificado. Gradualmente tornou-se claro que o Hidrogênio e o Hélio são muito mais abundantes que qualquer outro elemento; todo o resto constitui menos de 2% da massa do sistema solar e dos demais sistemas estelares. Ao mesmo tempo era claro que o Oxigênio e o Carbono eram os próximos mais comuns elementos e também que havia uma tendência geral em direção aos elementos leves, especialmente para os compostos de números integrais de núcleos de Hélio-4.

ALÉM DA TEORIA DO “BIG BANG”

Como eu disse no início do artigo, o motivo principal para a sua publicação não é a teoria do “Big Bang”, em si, que encontra-se hoje muito bem estabelecida na cosmologia, embora ainda deva vir a ser refinada no futuro, pois muito pouco ainda se conhece sobre os momentos iniciais da história do Universo.

Como teoria relevante sobre a origem do Universo, o modelo “Big Bang” tem uma relação significativa com a religião e a filosofia e, como resultado, tornou-se uma das áreas mais intensas das discussões entre ciência e religião. Por sua causa, muito simplistamente, alguns acreditam que o “Big Bang” implica na existência de um criador, enquanto outros argumentam que a cosmologia do “Big Bang” torna supérflua esta noção. Na minha opinião, não importa que teorias possam ser criadas sobre a origem do Universo, ninguém nunca poderá por em dúvida, ou se preferirem, provar a não existência de um ser supremo criador de tudo o que conhecemos hoje como Universo. Posso ir mais além e dizer que todo o estudo científico pode e deve ser levado adiante, sem a preocupação de com ele, ter em mente a preocupação de provar ou não a existência de Deus. Obviamente, quando o padre católico Monsenhor Lemaître lançou ao mundo a sua teoria da origem do Universo, nunca pretendeu criar essa polêmica, por razões facilmente entendíveis por qualquer um. O que me deixa surpreso é a forma simplista como pessoas esclarecidas e estudadas usam a teoria do “Big Bang” para proclamar ao mundo que, conhecida e divulgada esta, o mundo agora não precisa mais de uma entidade como Deus, pois que ela explica a formação do Universo!

Para começo de conversa, todas as teorias lançadas pretendem explicar algo que não se conhece e são aceitas, em primeiríssimo lugar, por falta de uma teoria melhor do que ela! Com o tempo, ou elas serão confirmadas, através da observação prática, ou rejeitadas porque nem todas as coisas acontecerão segundo o que se esperava da teoria. A teoria do “Big Bang” funcionou exatamente da mesma maneira. Observações práticas levaram Monsenhor Lemaître a lançar a sua teoria; a prática tem demonstrado que a teoria estava certa, pelo menos com relação à maioria das observações. Mas jamais ele teve a intenção, durante as suas pesquisas, de provar a existência ou a não existência de Deus. Mesmo porque, como padre católico, ou ele provava isso e abandonava o hábito, ou ele nunca provou isso.

Quem pegou o “gancho”, como oportunistas, foram os ateus que se “maravilharam” com a descoberta e com a possibilidade de não precisarem de Deus para a criação do mundo! Quanta esperteza e quanta inocência a um só tempo!!! Senão, vejamos.

Quando dos meus estudos de ginásio ou científico, mas sem dúvida antes da faculdade, uma das primeiras coisas que eu aprendi sobre conceitos, de uma maneira geral, mas particularmente, em se tratando de física, era que a definição de alguma coisa jamais poderia incluir a própria coisa que está sendo definida. Ora, como teoria da origem do Universo, é frequente ler no modelo do “Big Bang”, o conceito de Universo como se ele fosse algo conhecido. Mas se o modelo foi construído para explicar a formação do Universo, nada poderia existir antes da sua formação. Mas o que significa “nada”? Como uma expansão pode existir de “nada”. Uma expansão tem que ser de alguma coisa! Nada se expande de nada! Nesse caso, que coisa é essa a partir da qual se deu essa expansão? Quem colocou essa coisa nesse momento, nesse lugar para que a expansão fosse deflagrada? Os próprios teóricos do modelo do “Big Bang” dizem que no momento em que tal expansão iniciou, o Universo (que Universo? Se o Universo não existia?) encontrava-se extremamente quente e denso ... E como se deu esse aquecimento e esse adensamento? Aquecimento e adensamento do que?

Mesmo que fosse a partir de uma só partícula subatômica, alguém teria que ter criado essa partícula subatômica, para que, a partir dela todo o Universo fosse criado. Gente, não existe criatura sem criador!!! Já houve tempo em que se acreditou na “geração espontânea”, até o momento em que pessoas mais estudiosas provaram a si próprias e à humanidade que isso era impossível. E agora vamos retroagir e acreditar que alguma coisa surgiu “num nada” e transformou-se na origem do Universo?

Mesmo os teoristas do modelo do “Big Bang” não negam que a teoria não fornece uma explicação para as condições iniciais do Universo, mas apenas descreve e explica a evolução geral do Universo daquele ponto para diante. E acrescentam que o Universo original não era regido pelas leis da física como hoje as conhecemos; consequentemente, não se pode dizer com precisão como o Universo foi durante os primeiros minutos da sua criação. E antes da sua criação, como ele era? O que ele era? Na verdade, o que os cientistas conseguiram, foi construir uma representação aproximada da evolução do Universo, a partir de alguma coisa.

Outro ponto interessante a analisar, é o fato de que os cientistas não conseguiram responder, na verdade, a nenhuma das perguntas cruciais de toda a polêmica: (1) como o Universo iniciou? e (2) o que existia antes dele? No máximo, a maioria deles agora acredita que o Universo surgiu de uma singularidade (?). Mas se não havia nada antes do Universo, por definição, como e de que forma essa singularidade surgiu? Quanto à segunda pergunta, os cientistas permanecem frustrados e sem respostas à humanidade.

Ao termo e ao fim, tudo parece indicar, como parece lógico, que ninguém estava, realmente, procurando descobrir a origem do Universo, mas simplesmente algo mais próximo da sua origem do que até então se conhecia. Ou seja, que a teoria aconteceu do presente para o passado, buscando-se as causas lógicas através de uma recessão, no tempo e no espaço, que conduzissem a algo mais próximo do início do Universo; tal teoria seria, posteriormente, total ou parcialmente comprovada através da evolução da tecnologia e com as novas descobertas.

O aparecimento do primeiro homem moderno, deu-se há mais ou menos 160.000 anos. De lá para cá, e cada vez com mais esforço e interesse, o homem se preocupa em descobrir o grande mistério de sua origem e do mundo que o cerca. É muito tempo para pensar, mas em minha opinião, o grande mistério continua sem uma solução definitiva e convincente. Quiçá esse mistério nunca venha a ser resolvido.

(1) Uma anã branca, também chamada de anã degenerada, é um remanescente estelar composto, principalmente, de matéria degenerada de elétrons. Elas são muito densas, tendo uma massa comparada com o Sol e seu volume comparável ao da Terra. Sua débil luminosidade vem da emissão de energia térmica armazenada.