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.

A TEORIA DO “BIG BANG” (PARTE 1 de 2)

INTRODUÇÃO

O que me motivou a escrever sobre este assunto, mais complexo do que a maioria dos assuntos sobre os quais já escrevi foi, de uma certa forma, a singeleza e a facilidade com que vejo a maioria das pessoas discutir e aceitar esta teoria sem provas, como um ato de fé, principalmente por aquelas pessoas que dizem não acreditar na existência de um Deus onipotente, onipresente e onisciente, exatamente porque não possuem provas concretas de que tal Deus exista.

Vejam bem os leitores que eu não tenho a mínima intenção de provar a existência de Deus (ufa! Tarefa árdua, já tentada por gente muito importante, assim como provar que Ele não existe, sem o menor sucesso!) nem de validar tal teoria, mas apenas expô-la e colocar algumas questões sobre ela, para que os próprios leitores possam julgar se ela pode ser totalmente aceita como verdade indiscutível, a não ser como ato de fé, sem prova, da mesma maneira que exigiria, para ser aceito, o conceito de um Deus responsável pela criação de tão formidável Universo.

Em outras palavras, eu não aceito que pessoas possam admitir tal teoria, que nunca foi provada, mas apenas exposta, como verdadeira, e não possam aceitar o conceito de Deus, da mesma forma nunca aprovado, mas que deve ser aceito como um ato de fé. Ou seja, que substituam um conceito teórico por outro, sem a menos cerimônia ou pudor. E assim vivam felizes para sempre, como pessoas “inteligentes” que não creem ou não precisam de Deus.

Aliás, acho muito importante, até mesmo como introdução, que todos saibam que a Teoria do “Big Bang”, da origem do Universo, foi originalmente proposta por um belga, astrônomo e professor de física da Universidade Católica de Louvain, chamado Georges Henry Joseph Édouard Lemaître que era, pasmem(!), um PADRE JESUÍTA, alguém que, acreditando em Deus como acreditou, até morrer, nunca teve medo de estudar tais assuntos. Monsenhor Lemaître, como era conhecido, foi a primeira pessoa a propor a teoria da expansão do Universo, ampla e erradamente atribuída a Edwin Hubble, tendo sido também o primeiro a derivar o que é hoje conhecido como “lei de Hubble”, além de realizar a primeira estimativa do que é agora chamada de “Constante de Hubble”, publicada por ele em 1927, dois anos antes do artigo de Hubble. Monsenhor Lemaître nasceu em Charleroi, Bélgica, em 17 de julho de 1894, e morreu em 20 de junho de 1966, em Leuven, Bélgica, à idade de 71 anos.

Monsenhor George Lemaître

Com o objetivo de tornar o assunto que vai ser abordado, o mais claro possível, toda vez que mencionar alguma palavra que, a meu critério, possa ser menos conhecida da maioria, procurarei dar uma breve explicação sobre ela. Mas será sempre uma explicação muito breve, que esclareça o seu significado, sem desviar a atenção do leitor do assunto principal da matéria.

APRESENTAÇÃO

Em 1959 uma pesquisa foi realizada entre cientistas de toda a América, com relação ao seu entendimento das ciências físicas. Uma questão particular foi colocada: “Qual o seu conceito da idade do Universo?”. Mais de dois terços dos cientistas questionados responderam que não havia origem do Universo, que o Universo era eterno. Cinco anos após, em 1964, os radioastrônomos Arno Penzias e Roberto Wilson descobriram um sinal de micro-onda sepultado entre seus dados. Tentaram filtrar o sinal, supondo que tratava-se, meramente, de um ruído indesejado. Contudo, logo verificaram que o sinal de fato existia: eles tinham, inadvertidamente descoberto a Micro-onda Cósmica de Fundo (Cosmic Microwave Background – CMB). A CMB havia sido predita por uma teoria em que poucos acreditavam àquele tempo, chamada “Big Bang”. Essa descoberta foi a primeira evidência de que o Universo tinha um início.

Entendido que o Universo tinha um início, os cientistas começaram a perguntar: “como ele iniciou?” e “o que existia antes dele?”.

A maioria dos cientistas agora acredita que a resposta à primeira pergunta é que o Universo surgiu de uma singularidade – um termo que os físicos usam para descrever regiões do espaço que desafiam as leis da física.

Quanto à segunda parte da questão, os cientistas ficaram frustrados. Por definição, nada existia antes do início, mas este fato cria mais perguntas que respostas. Por exemplo, se nada existia antes do “Big Bang”, o que fez a singularidade aparecer em primeiro lugar?

Uma vez que a singularidade foi criada (de fato, ela aconteceu), começou a expandir-se através de um processo chamado inchação. O Universo passou de muito pequeno, muito denso e muito quente, à fria expansão que vemos hoje. Esta teoria é hoje conhecida como “Big Bang”, termo inicialmente cunhado por Sir Fred Hoyle, durante uma transmissão de rádio da BBC, em 1950 que, por ironia, opunha-se a ela. Curiosamente, na verdade, nenhuma espécie de explosão ocorreu, como sugere o nome; apenas a rápida expansão do espaço e tempo, da mesma forma como soprando ar dentro de um balão, ele se expande externamente.

HISTÓRIA

A teoria do “Big Bang” apresenta o principal modelo cosmológico a descrever o desenvolvimento inicial do Universo(1).

A Cosmologia física estuda as estruturas e dinâmica de maior escala do Universo e trata das questões fundamentais sobre sua formação, evolução e destino final. Pela maior parte da história humana, ela foi um ramo da metafísica(2) e da religião. A Cosmologia, como uma ciência, originou-se com o princípio de Copérnico - corpos celestiais obedecem a leis físicas(3) idênticas às da Terra -, e com a mecânica Newtoniana(4) , a primeira a nos permitir entender aquelas leis.

Einstein e Lemaître, dois físicos de respeito

A cosmologia física, como é agora entendida, começou com o desenvolvimento, no século XX, da Teoria Geral da Relatividade, de Einstein, e as observações astronômicas mais apuradas de objetos extremamente distantes. Esses avanços fizeram possível especular sobre a origem do Universo e permitiram o estabelecimento da “Teoria do Big Bang”, por Lemaître, como o principal modelo cosmológico. Alguns pesquisadores ainda advogam um punhado de cosmologias alternativas; contudo, a maioria dos cosmologistas concorda que a Teoria do “Big Bang” é a que melhor explica as observações.

A teoria do “Big Bang” originou-se de observações da estrutura do Universo e de considerações teóricas. Em 1912, Vesto Slipher mediu o primeiro deslocamento Doppler(5) de uma “nebulosa espiral” (nome obsoleto para “galáxia espiral”) e logo descobriu que tais nebulosas se afastavam da Terra. Ele não captou as implicações cosmológicas do evento e, de fato, naquele tempo era controverso se essas nebulosas eram ou não “universos ilhas” fora da nossa Via Láctea. Dez anos mais tarde, Alexander Friedmann, um cosmólogo e matemático, derivou as equações de Friedmann, a partir das equações da teoria da relatividade de Einstein, mostrando que o Universo poderia estar se expandindo, em contraste com o modelo estático do Universo estático proposto por Einstein à época.

Iniciando em 1924, Hubbler desenvolveu uma série de indicadores de distância, o precursor da escada de distância cósmica (método para medição da distância a corpos celestiais a distâncias maiores que 3.000 anos-luz), usando o telescópio de Hooker de 100 polegadas, no Observatório de Monte Wilson. Isso lhe permitiu estimar distâncias a galáxias cujos redshifts(6) já haviam sido medidos, principalmente por Slipher. A medida da distância à mais próxima nebulosa espiral, por Edwin Hubble, mostrou que esses sistemas eram de fato outras galáxias.

Independentemente derivando as equações de Friedmann, em 1927, George Lemaître propôs que o afastamento inferido das nebulosas era devido à expansão do Universo, propondo, originalmente, o que se tornou conhecido como a teoria do “Big Bang” e que ele chamou de “hipótese do átomo original”. Com o passar do tempo, os cientistas desenvolveram suas ideias iniciais para formar a síntese moderna.

As equações que governam a teoria foram inicialmente formuladas por Alexander Friedmann e soluções similares foram trabalhadas por Willem de Sitter. Em 1929, Edwin Hubble descobriu que as distâncias a galáxias distantes eram fortemente correlacionadas a seus redshifts – uma ideia originalmente sugerida por Lemaître em 1927.

Em 1931 Lemaître foi mais além e sugeriu que a evidente expansão do Universo, se projetada para o passado, no tempo, significava que quanto mais longe no passado, menor seria o Universo, até que em algum tempo finito no passado, todo a massa do Universo seria concentrada num só ponto, um “átomo primitivo”, onde e quando a estrutura do tempo e espaço iniciou sua existência.

De acordo com a teoria, o “Big Bang” ocorreu há, aproximadamente, 13,798 ± 0,037 bilhões de anos atrás, considerada a idade do Universo. Naquele tempo, o Universo estaria num estado de extremo calor e densidade e começou a expandir-se rapidamente. Após a expansão inicial, o Universo resfriou-se suficientemente para permitir que a energia fosse convertida em várias partículas subatômicas, incluindo prótons, nêutrons e elétrons. Embora apenas núcleos de átomos simples tenham se formado nos primeiros três minutos após o “Big Bang”, milhares de anos se passaram antes que os primeiros átomos eletricamente neutros se formassem. A maioria dos átomos produzidos pelo “Big Bang” era formada por hidrogênio, junto com hélio e traços de lítio. Nuvens gigantes desses elementos primordiais mais tarde coalesceram através da gravidade(7)  para formar as estrelas e as galáxias; os elementos mais pesados foram combinados ou dentro das estrelas ou durante as supernovas(8).

O arcabouço do modelo “Big Bang” repousa na Teoria Geral da Relatividade, de Albert Einstein, e hipóteses simplificadas tais como a homogeneidade (no espaço, implica na conservação da quantidade de movimento [massa x velocidade]; no tempo, implica na conservação da energia) e isotropia (uniformidade de uma característica em todas as direções) espaciais. Essas ideias foram, inicialmente, tomadas como postulados, mas hoje há esforços para testar cada uma delas, tendo sido ambas praticamente confirmadas.

Para nós, brasileiros, a complexidade do modelo é, desde o início, ainda majorada pelo próprio título da teoria, que tem o seu original em inglês. O “big”, como a maioria sabe, significa “grande”, não no sentido de importância – que seria “great” -, mas apenas no sentido do tamanho; o “bang” está muito associado a ruído ou barulho de uma explosão, que tão bem conhecemos desde os filmes do velho oeste, que víamos quando crianças e aos quais nos referíamos como filmes de “bang-bang”. Isso é importante porque o “Big Bang” não é uma explosão de matéria para fora, a encher um Universo vazio. Ao invés disso, é o próprio espaço que se expande com o tempo em todas as direções, aumentando a distância entre dois pontos do espaço. Dadas essas explicações iniciais, a tradução deixa de parecer tão importante, pelo que proponho que, ao longo de todo o assunto, mantenhamos a nomenclatura original, até para evitar outras complicações que poderiam surgir.

Durante as décadas de 1920 e 1930, todos os principais cosmólogos preferiam um Universo eterno, em estado constante e muitos se queixaram de que o início do tempo implicado pelo “Big Bang” trazia conceitos religiosos para a física; essa objeção foi, mais tarde, repetida pelos defensores da teoria do Estado Constante(9). Essa percepção foi realçada pelo fato de que o criador da teoria do “Big Bang”, Lemaître, era um padre Católico Romano.

Na década de 1930 outras ideias foram propostas como cosmologias não padronizadas para explicar as observações de Hubble – “modelo de Milne”, “Universo oscilatório” e a “hipótese da luz cansada de Fritz Zwickl”. Entretanto, após a Segunda Guerra Mundial apenas duas possibilidades distintas emergiram: uma foi a teoria do “Estado Constante”, de Fred Hoyle, e a outra foi a teoria do ““Big Bang””, de Lemaître. Por um período, o apoio geral foi dividido entre essas duas teorias. Ao final, a evidência experimental começou a favorecer a teoria do “Big Bang” sobre a do Estado Constante e a descoberta e confirmação do CMB, em 1964, já prevista por seus adeptos, considerou a “Big Bang” como a melhor teoria da origem e evolução do cosmos. Uma boa parte do trabalho atual em cosmologia inclui o entendimento de como as galáxias se formam no contexto do “Big Bang”, entendendo a física do Universo em tempos cada vez mais remotos e reconciliando as observações com a teoria básica. Um progresso significativo na cosmologia do “Big Bang” tem sido feito desde o final da década de 1990 como resultado dos avanços na tecnologia do telescópio e na análise de dados de satélites, como o COBE (Cosmic Background Explorer), o Telescópio Espacial Hubble e o WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Os cosmólogos têm agora medições razoavelmente precisas de muitos dos parâmetros do modelo “Big Bang” além de, inesperadamente, descobrir que a expansão do Universo parece estar se acelerando.

O “Big Bang” é a teoria científica mais consistente com as observações dos estados passado e presente do Universo, amplamente aceita na comunidade científica. Ela fornece uma explicação compreensiva de uma ampla gama de fenômenos observados, incluindo a abundância de elementos leves, o Cosmic Microwave Background (CMB), estruturas de grande escala e o diagrama de Hubble (representação visual da Lei de Hubble, acima mencionada). As ideias centrais do “Big Bang” – a expansão, o estado quente inicial, a formação dos elementos leves e a formação das galáxias – são derivadas destas e outras observações. As galáxias, que no passado estavam todas muito próximas, hoje encontram-se cada vez mais afastadas. Uma consequência disso é que as características do Universo podem ser calculadas com detalhe, de volta no tempo, a temperaturas e densidades extremas, enquanto grandes aceleradores de partículas(10) replicam tais condições que resultam na confirmação e refinamento dos detalhes do modelo “Big Bang”.

(1) O Universo é comumente definido como a totalidade da existência, incluindo os planetas, estrelas, galáxias, os conteúdos do espaço intergaláctico, as menores partículas subatômicas e toda a matéria e energia. Termos similares incluem o Cosmos, o Mundo, a Realidade e a Natureza.

(2) A Metafísica é o ramo tradicional da Filosofia, que se ocupa da explicação da natureza fundamental do “ser” e do “mundo” que o envolve, embora o termo não seja facilmente definido. Tradicionalmente, a metafísica tenta responder a duas questões básicas, nos termos mais amplos possíveis:

1. O que está ao final de tudo?

2. Como ele é?

(3) Uma lei física ou lei científica, de acordo com a o dicionário inglês de Oxford, é “um princípio teórico deduzido de fatos particulares, aplicável a um grupo ou classe definida de fenômenos e expresso pela declaração de que um fenômeno particular sempre ocorrerá se certas condições estiverem presentes”. Leis físicas são tipicamente conclusões baseadas em experimentos e observações científicas repetidas por muitos anos e que foram aceitas universalmente pela comunidade científica. A produção de uma descrição sumária do nosso ambiente na forma de tais leis, é um objetivo fundamental da ciência.

(4) Em física, a mecânica clássica e a mecânica quântica são os dois maiores subcampos da mecânica. A mecânica clássica trata de um conjunto de leis físicas que descrevem o movimento dos corpos sob a ação de um sistema de forças. O estudo do movimento dos corpos é tão antigo que faz a mecânica clássica, também chamada de mecânica Newtoniana, um dos assuntos mais velhos e amplos na ciência, engenharia e tecnologia.

(5) O “efeito Doppler” (ou deslocamento Doppler), do físico austríaco Christian Doppler, proposto em 1842, em Praga, é a alteração na frequência de uma onda (ou outro evento periódico), para um observador móvel com relação à sua fonte. Pode ser percebido quando um veículo soando uma sirene ou buzina se aproxima, passa e se afasta de um observador. Comparada à frequência emitida, a frequência recebida é maior durante a aproximação, idêntica no instante da ultrapassagem e menor durante o seu afastamento.

(6) Em física, um redshift (deslocamento para o vermelho) acontece quando a luz, ou outra radiação eletromagnética, de um objeto, tem seu comprimento de onda aumentado ou movido para a extremidade vermelha do espectro. Em geral, esteja ou não a radiação dentro do espectro visível, mais vermelho (redder) significa um aumento no comprimento de onda – equivalente a uma menor frequência e menor foto-energia, de acordo com, respectivamente, as teorias da onda e quantum da luz.

(7) Gravidade ou gravitação é o fenômeno natural pelo qual todos os corpos físicos se atraem mutuamente. Ela é mais comumente reconhecida e experimentada como o agente que dá peso aos objetos físicos e faz com que esses objetos caiam para o chão quando tombados de alguma altura.

(8) Quando uma estrela gigante, com massa pelo menos 10 vezes à do Sol, chega ao fim de sua vida, produz-se uma explosão a que se dá o nome de Supernova. Seu brilho pode ser milhões de vezes maior que o brilho da estrela antes da explosão, comparável ao brilho de uma galáxia inteira, por semanas ou meses, antes de desaparecer.

(9) Em cosmologia, a teoria do “Estado Constante”, alternativa à teoria do “Big Bang” de origem do Universo e agora obsoleta, admite que nova matéria está sendo continuamente formada com a expansão do Universo, assim aderindo ao princípio cosmológico perfeito.

(10) Um acelerador de partículas é um dispositivo que usa campos eletromagnéticos para impulsionar partículas carregadas a altas velocidades, confinando-as em bem definidos feixes de luz. Um campo eletromagnético é um campo físico produzido por objetos eletricamente carregados; ele afeta o comportamento de objetos carregados na vizinhança do campo.

Conclui na próxima postagem.