O que a maioria das pessoas pensa que sabe sobre o Big Bang está errado

Muitos livros didáticos e educadores científicos tentaram descrever o Big Bang como o nascimento do universo – um início explosivo que aconteceu num ponto específico, criando matéria e lançando-a no vazio como estilhaços de uma granada.

Mas o Big Bang não é realmente o momento da criação – é antes o seu rescaldo. O Big Bang não surgiu de um local específico no espaçoe não foi uma explosão – pelo menos não no sentido tradicional.

A cultura popular – e os cosmólogos, a contragosto – cometeram o infeliz erro de adotar um nome para a teoria que evoca até o som de uma explosão de pólvora. Então… eles cercam-se?

“Costuma-se dizer que todo o universo que podemos observar agora já foi comprimido em um volume do tamanho de uma bola de golfe”, escreveu John Mather, astrofísico ganhador do Prêmio Nobel e cientista sênior do projeto para NASAde Telescópio Espacial James Webbem um ensaio para Theedge.org. “Mas deveríamos imaginar que a bola de golfe é apenas um pedacinho de um universo que já era infinito.”

A Teoria do Big Bang descreve um evento quando existente o espaço – muito mais quente, mais denso e menor na época – começou repentina e rapidamente a se esticar. O universo primitivo era um goulash escaldante de minúsculas partículas, luz e energia, mas à medida que se expandia, o espaço esfriava o suficiente para permitir processos importantes ocorrer, como formando átomos e elementos. A expansão continua até hoje.

É isso. Não sugere quais eram as condições antes da expansão. Não supõe para onde o universo está se expandindo. Nem sequer explica o que causou a expansão em primeiro lugar. E há razões pelas quais tentar imaginar o evento como uma explosão pode levar a algumas conclusões mal informadas.

“Nenhum cientista respeitável afirmará que entendemos em detalhes o que aconteceu no exato momento em que o universo começou. Simplesmente não entendemos”, disse Don Lincoln, cientista sênior do Fermilab em Illinois, em um vídeo. “Apesar de não sabermos tudo sobre como o universo começou, fico constantemente surpreso com o fato de sabermos tanto.”

O Big Bang pertence ao visível universo

Para compreender o Big Bang – e o comentário anterior de Mather – é primeiro importante esclarecer que esta teoria se aplica ao universo visível, não ao universo como um todo. O universo visível é uma bolha do cosmos centrada na nossa perspectiva da Terra, com um raio determinado pela velocidade da luz. A bolha inteira é de cerca de 92 bilhões anos-luz largo.

O tamanho da bolha não é determinado pelo alcance dos telescópios, mas pela limitação literal da luz. Existe uma distância máxima a partir da qual fótons poderia ter viajado até um observador na idade do universo. Este limite é conhecido como horizonte de luz cósmica: Quaisquer sinais potenciais além dele não tiveram tempo de chegar até nós – e nunca chegarão, nem mesmo bilhões de anos no futuro. Isso ocorre porque, a uma certa distância extrema, objetos distantes recuam mais rápido que a velocidade da luz.

Então, o que há além dessa bolha? Ninguém sabe porque é invisível, mas os cientistas podem especular que há mais universo. Afinal, com a expansão do espaço, os cientistas têm consciência de que, a cada segundo, milhares de estrelas escapam à nossa visão, para além desse horizonte.

Onde exatamente aconteceu o Big Bang?

O Big Bang deve ser pensado como um “ponto” no tempo, mas não acontecendo em um lugar específico. Os astrônomos costumam dizer que o Big Bang aconteceu em todos os lugares, o que é uma ideia confusa se você pensa no Big Bang como uma bomba detonando.

Imagine, em vez disso, um cenário hipotético onde o espaço estivesse condensado dentro de uma partícula, como um balão do tamanho de uma cabeça de alfinete. Então imagine que esse pequeno balão de alguma forma inflou até ficar do tamanho de uma laranja. Nesta analogia, você pode começar a entender por que não existe um “ponto de origem” para o Big Bang: nada saiu da cabeça do alfinete onde começou; a ponta do alfinete ficou exponencialmente maior.

Esta é uma das razões pelas quais muitos astrofísicos dizem que todos os lugares do universo cognoscível poderiam ser considerados parte do centro do Big Bang. Não houve nenhum local específico de onde os pedaços foram arrancados, de acordo com a teoria.

O Big Bang não foi realmente uma explosão

As observações científicas apoiam a ideia de uma rápida expansão universal versus uma explosão. Se tivesse havido uma explosão do tipo fogos de artifício que espalhasse a matéria para fora, por exemplo, as leis da física ditariam que os detritos mais distantes do local onde explodiu se moveriam mais rápido do que a matéria mais próxima do ponto de partida.

“Isso ocorre porque os objetos distantes do fogo de artifício precisam se mover mais rápido. Foi assim que eles se afastaram”, disse Lincoln.

Velocidade da luz mashável

Mas não é isso que os astrônomos veem. No cosmos, o espaço entre as galáxias está aumentando, em todos direções – não apenas em relação a um ponto central. Astrônomo Edwin Hubblepara quem o Telescópio Espacial Hubble foi nomeado mais tarde, descobriu isso em 1929.

Usando o Telescópio Hooker de 100 polegadas na Califórnia, Hubble observou que quanto mais longe uma galáxia estava do Via Lácteaa galáxia natal da Terra, mais rápido ela parecia estar recuando. Ele descobriu isso traçando as velocidades e distâncias de 24 galáxias próximas. O gráfico mostrava que tudo flutuava uniformemente, em velocidades proporcionais à distância, em todas as direções.

A taxa de expansão foi apelidada de Constante de Hubble. Dois anos depois das observações do Hubble um astrónomo e sacerdote belga Georges Lemaitreusou essa premissa para publicar a primeira teoria semelhante ao Big Bang para explicar o início do universo.

Como os astrônomos sabem que o universo está se expandindo

Com a descoberta do Hubble de que o próprio espaço está em expansão, os cientistas conseguiram estimar a idade do universo. A fórmula da velocidade – que você deve ter aprendido no ensino médio – é a distância dividida pelo tempo. Os cientistas já conhecem as velocidades das galáxias e as suas distâncias, por isso podem calcular a duração dividindo a distância pela velocidade.

Se os cientistas retrocederem o relógio desde os dias atuais até o momento em que tudo no universo cognoscível se desintegra naquele pequeno balão vazio, isso ocorrerá cerca de 13,8 bilhões de anos atrás.

Assim, se o Universo tem 13,8 mil milhões de anos, pode-se assumir incorrectamente que a bolha visível do Universo tem um raio de 13,8 mil milhões de anos-luz, com uma largura total de 27,6 mil milhões de anos-luz. Mas o universo não está parado e a distância entre os objetos não é fixa. A expansão do espaço explica a discrepância entre 27,6 mil milhões de anos-luz e 92 mil milhões de anos-luz, o diâmetro do universo visível.

Os cientistas refutaram o Big Bang?

Os cientistas não refutaram a Teoria do Big Bang, mas descobriram divergências na taxa de expansão – a Constante de Hubble – a partir de medições de diferentes equipas de investigação. A divergência é conhecida como Tensão Hubble.

Em suma, as medições de velocidade baseadas em observações telescópicas do universo atual são um pouco mais altas do que as projeções baseadas em condições conhecidas do universo durante a sua infância. Nos últimos anos, os astrónomos consideraram que algo está a acelerar a taxa de expansão. Estudos utilizando o telescópio Webb descobriram que a divergência pequena, mas significativa, na taxa de expansão provavelmente não é o resultado de erros de cálculo mas um aspecto do universo que ainda não é compreendido.

À medida que os cientistas trabalham para resolver este mistério, o Big Bang pode precisar de alguns ajustes, mas até agora esta disparidade não alterou o resultado final, que é que o espaço já foi menor e mais quente, mas de repente esticou-se e continua a expandir-se.

A taxa de expansão do universo primitivo

Os pesquisadores calcularam a taxa de expansão do universo bebê usando dados da chamada Fundo Cósmico de Microondas. Os físicos norte-americanos Arno Penzias e Robert Wilson acidentalmente descobriu esse fenômenoum brilho fraco de 380 mil anos após o Big Bang, usando um radiotelescópio em 1965.

Na mesma época, uma equipe separada da Universidade de Princeton previu que tais ondas deveriam existir. Se os astrónomos fossem arqueólogos, esta descoberta seria semelhante a encontrar o primeiro fóssil de luz. É a coisa mais antiga do universo que alguém já viu.

Esta assinatura de calor, irradiada de átomos que estão agora a mais de 46 mil milhões de anos-luz de distância e esticados em microondas, preenche o céu. A Agência Espacial Europeia Missão Planck mapeou as microondas para medir pequenas flutuações de temperatura. Essas pequenas variações permitem aos cientistas inferir a taxa de expansão da época.

Como a teoria da ‘inflação cósmica’ se encaixa no Big Bang

A inflação cósmica tenta descrever uma fase breve mas crucial na narrativa do Big Bang que lançou o universo na sua linha temporal de expansão.

Alan Guth, físico teórico do MIT, apresentou a ideia em 1980. Ela sugere que alguma forma repulsiva de gravidade, algo como energia escuraimpulsionou a rápida expansão do universo por um instante inicial. Esta fase teria durado uma fração de um trilionésimo de segundo. Então, a energia que impulsionou a inflação foi desativada.

“Normalmente descrevo a inflação como uma teoria do ‘bang’ do Big Bang”, disse Guth em uma sessão de perguntas e respostas de 2014 pela universidade. “Em sua forma original, a teoria do Big Bang nunca foi uma teoria do estrondo. Ela não dizia nada sobre o que ocorreu, por que ocorreu ou o que aconteceu antes de ocorrer.”

Durante a fase de inflação, o minúsculo universo teria se expandido a um ritmo mais rápido que a luz. E veja só: não teria quebrado nenhuma lei da física.

“É verdade que nada pode se mover através do espaço mais rápido que a luz, mas não há restrições sobre a rapidez com que o espaço pode se expandir”, disse Lincoln.

Como o ‘Big Bang’ ganhou esse nome

Fred Hoyleum astrônomo e conhecido comunicador científico no Reino Unido, é amplamente creditado por cunhar o “big bang” em 1949. Ele foi, em muitos aspectos, o Neil deGrasse Tyson de seu tempo. Mas hoje muitos astrofísicos e cosmólogos lamentam que o nome impróprio tenha permanecido.

Durante uma transmissão da BBC, Hoyle descreveu teorias baseadas na ideia de que “toda a matéria do universo foi criada em um big bang em um determinado momento do passado remoto”, de acordo com uma transcrição publicado em uma revista da BBC. Mais tarde, ele mencionou a frase novamente em seu livro de 1950, “A Natureza do Universo”.

Hoyle recusou a ideia de uma origem repentina do universo, mas não usou as palavras “big bang” de forma depreciativa, de acordo com um ensaio recente sobre isso no jornal Natureza. Em vez disso, ele pretendia transmitir a hipótese com metáforas descritivas para ajudar a transmitir a ideia pelo rádio.

Eles estão cercadosde fato.