Big Bang

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De acordo com o modelo do Big Bang, o Universo se expandiu a partir de um estado extremamente denso e quente e continua a se expandir atualmente. Uma analogia comum explica que o espaço está se expandindo, levando galáxias com ele, como passas em um naco de pão a aumentar. O esquema gráfico superior é um conceito artístico que ilustra a expansão de uma parte de um Universo plano.

O Big Bang, ou a Grande Explosão[1] , é a teoria cosmológica dominante do desenvolvimento inicial do universo[2] (Ver também: Big Bang Frio). Os cosmólogos usam o termo "Big Bang" para se referir à ideia de que o universo estava originalmente muito quente e denso em algum tempo finito no passado e, desde então tem se resfriado pela expansão ao estado diluído atual e continua em expansão atualmente. A teoria é sustentada por explicações mais completas e precisas a partir de evidências científicas disponíveis e da observação.[3] [4] De acordo com as melhores medições disponíveis em 2010, as condições iniciais ocorreram por volta de 13,3 a 13,9 bilhões de anos atrás.[5] [6]

Georges Lemaître propôs o que ficou conhecido como a teoria Big Bang da origem do Universo, embora ele tenha chamado como "hipótese do átomo primordial". O quadro para o modelo se baseia na teoria da relatividade de Albert Einstein e hipóteses simplificadoras (como homogeneidade e isotropia do espaço). As equações principais foram formuladas por Alexander Friedmann. Depois Edwin Hubble descobriu em 1929 que as distâncias de galáxias distantes eram geralmente proporcionais aos seus desvios para o vermelho, como sugerido por Lemaître em 1927. Esta observação foi feita para indicar que todas as galáxias muito distantes e aglomerado de galáxias têm uma velocidade aparente diretamente para fora do nosso ponto de vista: quanto mais distante, maior a velocidade aparente.[7] Se a distância entre os aglomerados de galáxias está aumentando hoje, todos deveriam estar mais próximos no passado. Esta idéia tem sido considerada em detalhe volta no tempo para as densidades e temperaturas extremas,[8] [9] [10] e grandes aceleradores de partículas têm sido construídos para experimentar e testar tais condições, resultando em significativa confirmação da teoria, mas estes aceleradores têm capacidades limitadas para investigar em tais regimes de alta energia. Sem nenhuma evidência associada com a maior brevidade instantânea da expansão, a teoria do Big Bang não pode e não fornece qualquer explicação para essa condição inicial, mas sim, que ela descreve e explica a evolução geral do Universo desde aquele instante. As abundâncias observadas de elementos leves em todo o cosmos se aproximam das previsões calculadas para a formação destes elementos de processos nucleares na expansão rápida e arrefecimento dos minutos iniciais do Universo, como lógica e quantitativamente detalhado de acordo com a nucleossíntese do Big Bang.

Fred Hoyle é creditado como o criador do termo Big Bang durante uma transmissão de rádio de 1949. Popularmente é relatado que Hoyle, que favoreceu um modelo cosmológico alternativo chamado "teoria do estado estacionário", tinha por objetivo criar um termo pejorativo, mas Hoyle explicitamente negou isso e disse que era apenas um termo impressionante para destacar a diferença entre os dois modelos.[11] [12] [13] Hoyle mais tarde ajudou consideravelmente no esforço de compreender a nucleossíntese estelar, a via nuclear para a construção de alguns elementos mais pesados até os mais leves. Após a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas em 1964, e especialmente quando seu espectro (ou seja, a quantidade de radiação medida em cada comprimento de onda) traçou uma curva de corpo negro, muitos cientistas ficaram razoavelmente convencidos pelas evidências de que alguns dos cenários propostos pela teoria do Big Bang devem ter ocorrido.

A importância da descoberta da radiação cósmica de fundo é que ela representa um "fóssil" de uma época em que o universo era muito novo, sendo a maior evidência da existência do Big Bang. Ela é proveniente da separação da interação entre a radiação e matéria (época chamada de recombinação).[14]


Cosmologia
WMAP 2008.png
Universo · Big Bang
Idade do universo
Cronologia do Universo
Derradeiro destino do Universo

História

Em 1927, o padre e cosmólogo belga Georges Lemaître (1894-1966) derivou independentemente as equações de Friedmann a partir das equações de campo de Einstein e propôs que os desvios espectrais observados em nebulosas se deviam a expansão do universo, que por sua vez seria o resultado da "explosão" de um "átomo primordial".

Em 1929, Edwin Hubble forneceu base observacional para a teoria de Lemaitre ao medir um desvio para o vermelho no espectro ("redshift") de galáxias distantes e verificar que este era proporcional às suas distâncias.[7] o que ficou conhecido como Lei de Hubble-Homason.

A grande explosão térmica

O Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) é um sistema de sensoreamento térmico da energia remanescente de fundo, ou ruído térmico de fundo do Universo conhecido. Esta imagem é um mapeamento em microondas do Universo conhecido cuja energia que chega ao sistema está reverberando desde 379000 anos depois do Big-bang, há 13 bilhões de anos (presume-se). A temperatura está dividida entre nuances que vêm do mais frio ao mais morno, do azul ao vermelho respectivamente, sendo o mais frio, a matéria ou o "éter", onde a energia térmica de fundo está mais fria, demonstrando regiões mais antigas. A comparação, feita pelo autor da imagem, é como se tivéssemos tirado uma fotografia de uma pessoa de oitenta anos, mas, no dia de seu nascimento.

O Big Bang, ou grande explosão, também conhecido como modelo da grande explosão térmica, parte do princípio de Friedmann, onde, enquanto o Universo se expande, a radiação contida e a matéria se esfriam. Para entender a teoria do Big Bang, deve-se em primeiro lugar entender a expansão do Universo, de um ponto A para um ponto B, assim, podemos, a partir deste momento retroceder no espaço, portanto no tempo, até o Big Bang.

Temperatura e expansão

Como a temperatura é a medida da energia média das partículas, e esta é proporcional à matéria do universo, de uma forma simplificada, ao dobrar o tamanho do universo, sua temperatura média cairá pela metade. Isto é, ao reduzir o tecido universal, portanto aumentando sua densidade, aquela dobrará; podemos ter um ponto de partida de temperatura máxima, e massa concentrada numa singularidade, que nos dará o tempo aproximado do início da aceleração da expansão do tecido universal, e sua gradual e constante desaceleração térmica. Para entender este processo, há que se usar um exemplo prático, a visão deve ser quadridimensional. Como os sentidos humanos somente percebem o espaço tridimensional (Coordenadas x,y,z), ilustrando a partir de um modelo em três dimensões fica mais compreensível, pois o tempo estaria numa coordenada "d", o que dificulta ao leitor comum a compreensão da evolução do tempo e espaço simultaneamente.

As estrelas ou corpos celestes marcados com círculos são os mais distantes, logo os mais antigos já observados pelos humanos. A coloração avermelhada é devida ao efeito Doppler. Quando um corpo se afasta deu um suposto centro, mais a sua imagem desvia para o vermelho, e quando se aproxima, ao contrário o desvio é para o azul. Como o afastamento é quase para o vermelho de tonalidade mais escura, isto indica que se dá em altíssimas velocidades, (suas distâncias estão beirando os treze bilhões de anos-luz), algo bastante próximo do Big-bang. Estas formações indicam um Universo infantil, onde as grandes galáxias (presumivelmente) ainda não se haviam formado.

Imaginemos uma bolha de sabão, suponhamos que esta bolha seja preenchida por um fluido, deixemos o fluido de lado e concentremo-nos na superfície propriamente dita da bolha. Esta no início é um ponto de água com sabão, por algum motivo desconhecido, que não importa, começa a aumentar através da inserção de um gás, tomando a forma esférica. Observemos que, na medida em que o ar penetra preenchendo o interior da bolha de sabão (a exemplo de uma bexiga), começa a haver a expansão volumétrica do objeto. Nos concentremos no diâmetro da bolha e na espessura da parede. Verificaremos que, à medida que seu diâmetro aumenta, a espessura diminui, ficando mais e mais tênue, pois a matéria está se desconcentrando e se espalhando em todas as direções. De uma maneira simplificada, podemos afirmar que o aumento do diâmetro da bolha é o universo em expansão, o aumento da área da superfície é a diminuição da densidade material, a redução da espessura da parede é a constante térmica que diminui à medida que o universo se expande.

Modelo quadridimensional

No modelo quadridimensional, não existe a fronteira, ou a parede; o conceito é volumétrico no domínio tempo, portanto, só visualizável através de cálculo. Porém pode-se tentar mostrar algo sobre a quarta dimensão, basta um pouco de imaginação e uma boa dose de visualização tridimensional.

Embora não se deva imaginar a expansão Universo como uma bolha crescendo vista do lado de fora, (O lado de fora não existe, a matéria e o tempo tiveram seu início a partir do ponto zero), esta é uma das poucas maneiras de se tentar vislumbrar um espaço quadridimensional do Universo em expansão (Não se deve também assumir uma visão antropocêntrica). Ao centro, está representada em amarelo a Via Láctea, os círculos coloridos excêntricos são todos os corpos celestes se afastando, azul para frente e vermelho para trás devido ao efeito Doppler, as esferas sem cor representam a posição real dos astros.

Para que entendamos um objeto tridimensional em visualização bidimensional, temos que desenhá-lo de forma que enxerguemos uma parte de cada vez. Imagine o mesmo exemplo da bolha, agora vista em duas dimensões, temos largura e profundidade, mas não temos noção da dimensão altura. Para que possamos representá-la e entendê-la, precisaremos fazer diversos desenhos no domínio da Altura, iniciando na parte mais baixa e assim por diante, representando círculos que, se vistos bidimensionalmente sobrepostos, apresentarão um círculo dentro do outro, (semelhantes aos mapas topográficos). Porém, devidas limitações no desenho, a primeira impressão que teremos (se não soubermos que é uma esfera) não será de uma esfera, e sim de meia esfera.

Para a representação tridimensional, os eixos (x,y,z), e o eixo tempo (t) inserido, (isto é, em quatro dimensões, porém representada em três), a analogia é semelhante, poderemos vislumbrar a meia esfera de acordo com nossas observações e medições, a outra metade somente poderemos teorizar.

Podemos inclusive usar a mesma esfera, porém , em vez de olharmos um círculo dentro de outro, representando a imagem topográfica, imaginemos uma esfera dentro de outra, maior e maior, como se o fotografássemos em momentos em que estivesse inflando , assim temos uma visão quadridimensional num universo tridimensional, onde a superfície da esfera, aumentando a cada passar de tempo, seria a expansão quadridimensional do Universo. Esta visão não deve ser encarada como antropocêntrica, pois de qualquer ponto do espaço vemos o Universo se expandindo em todas as direções, ou seja, sempre nos parecerá estarmos no centro, não importa de qual ponto estejamos observando. Portanto, devemos imaginar, não estando no centro da esfera, mas num ponto onde absolutamente tudo se afasta em todas as direções, embora os nossos sentidos nos digam estarmos no centro.

O início da teoria da grande explosão

Conforme descrito no início do artigo, em 1927, o padre e cosmólogo belga Georges Lemaître (1894-1966), derivou independentemente as equações de Friedmann a partir das equações de Einstein e propôs que os desvios espectrais observados em nebulosas se deviam a expansão do universo, que por sua vez seria o resultado da "explosão" de um "átomo primordial". A teoria do Big Bang, grande explosão, tornou-se a explicação da expansão do universo desde suas origens, no tempo, (arbitrando-se o conceito de que o tempo teve uma origem).

Segundo essa teoria, o universo surgiu há pelo menos 13,7 bilhões de anos, a partir de um estado inicial de temperatura e densidade altamente elevadas. Embora essa explicação tenha sido proposta na década de 1920, sua versão atual é da década de 1940 e deve-se sobretudo ao grupo de George Gamow que deduziu que o Universo teria surgido após uma grande explosão resultante da compressão de energia.

Edwin Hubble

Voltando no tempo, no início do século XX, a Astronomia desviou sua atenção das estrelas e dos planetas. Nos últimos oitenta anos a Cosmologia se voltou para as galáxias e espaço exterior. Um dos muitos responsáveis por esta mudança de perspectiva foi Edwin Hubble, do Observatório Monte Wilson. Em 1924, foram publicadas fotografias provando que as manchas de luz difusas e distantes, chamadas de Nebulosas, (este nome devido à crença de que se tratava de massas informes de gás e poeira), na verdade eram gigantescos sistemas de aglomerados de estrelas, semelhantes à Via Láctea.

Os movimentos galácticos e a Lei de Hubble-Homason

Hubble dedicou-se ao estudo das galáxias, medindo suas distâncias, localizando sua distribuição no espaço e analisando seus movimentos,e suas características no espaço.

Com o passar do tempo, notou-se que aqueles movimentos não eram ao acaso, como o deslocamento das moléculas de um gás na termodinâmica, porém obedecem a uma trajetória centrífuga. Cada galáxia distante afasta-se da Via Láctea numa velocidade proporcional à distância em que se encontra desta, quanto maior a distância, maior a velocidade.

Hubble e seu colega Milton L. Homason pesquisaram para descobrir a proporção dos movimentos e sua aceleração, deduzindo uma equação conhecida como Lei de Hubble-Homason em que: Vm=16r, onde Vm é a velocidade de afastamento da galáxia, dada em quilômetros por segundo, e r expressa a distância entre a Terra e a galáxia em estudo, dada em unidades de milhões de anos luz, e, segundo esta, se uma galáxia estiver situada a cem milhões de anos luz, esta se afasta a 1600 quilômetros por segundo.

Aparentemente, o Universo está se expandindo em torno de nós, novamente é afirmado que isto não deve ser encarado como antropocentrismo, pois todos os pontos do universo estão se afastando relativamente uns aos outros simultaneamente, conforme já explicado. A observação, feita em 1929 por Hubble, significa que no início do tempo-espaço a matéria estaria de tal forma compactada que os objetos estariam muito mais próximos uns dos outros.

Mais tarde, observou-se em simulações que de fato exista aparentemente a confirmação de que entre dez a vinte bilhões de anos atrás toda a matéria estava exatamente no mesmo lugar, portanto, a densidade do Universo seria infinita.

As observações em modelos e as conjecturas dos cientistas apontam para a direção em que o Universo foi infinitesimalmente minúsculo, e infinitamente denso. Nessas condições, as leis convencionais da física não podem ser aplicadas, pois quando se tem a dimensão nula e a massa infinita, qualquer evento antes desta singularidade não pode afetar o tempo atual, pois ao iniciar o universo, expandindo a massa e ao mesmo tempo se desenvolvendo em todas as direções, indica que o tempo também esteve nesta singularidade, logo o tempo era nulo.

Gamow, a explosão e a teoria da expansão

Segundo Gamow, na expansão do universo a partir de seu estado inicial de alta compressão, numa explosão repentina, o resultado foi uma violentíssima redução de densidade e temperatura; após este ímpeto inicial, a matéria passou a predominar sobre a antimatéria.

Ainda segundo Gamow toda a matéria existente hoje no universo encontrava-se concentrada no chamado "átomo inicial", ou "ovo cósmico", e que uma incalculável quantidade de energia, depois de intensamente comprimida, repentinamente explodiu, formando ao avançar do tempo gases, estrelas e planetas.

A temperatura média do universo diminui à medida que se expande. Alguns autores afirmam que a partir de um determinado momento, quando universo for totalmente resfriado, ele vai começar a diminuir de tamanho novamente, voltando a sua primeira forma, do átomo inicial.

O paradoxo do tempo

Se o tempo iniciou numa grande explosão, juntamente com o espaço e com a matéria-energia no Universo mutável, num Universo imutável um começo no tempo é necessário se impor para que se possa ter uma visão dinâmica do processo da criação inicial (não confundir com Criação Teológica), esta se deu tanto numa maneira de se ver o início da dualidade tempo matéria, quanto em outra. Partindo-se da premissa de que o Universo é mutável no domínio do tempo, pois de outra forma não se consegue observar a expansão deste, deve haver razões físicas para que o Universo realmente tivesse um começo, pois não se consegue imaginar a existência de um universo antes do Big Bang, e se não existia nada antes, o que fez o desequilíbrio da singularidade que acabou criando um Universo caótico e em mutação? Voltando-se no tempo e espaço, chega-se que desde o começo, o Universo se expande de acordo com leis bastante regulares. É portanto razoável que estas se mantenham durante e antes da grande explosão, logo na singularidade está a chave para se descobrir como houve o momento de aceleração inicial nos eventos iniciais do Universo atual.

Existe uma outra teoria, entre muitas que, antes do big bang, houve outro universo, idêntico ao atual onde as galáxias ao invés de se afastarem, se aproximariam (O dia em que o universo quicou - Gravitação quântica em laços). Nessa teoria, o universo se manteria eternamente, em sístole e diástole, se expandindo e contraindo em sequência, como um coração bombeando sangue, sem início ou fim.[15] [16] [17] [18] [19]

De facto tem-se apenas que, com os conhecimentos que detêm-se hoje acerca da matéria e energia, é possível delinear com razoável precisão os processos associados ao Big Bang que ocorreram após um dado tempo contado a partir do "tempo zero", o que implica dizer que, para os processos anteriores a este tempo limite, entra-se em um campo muito mais especulativo do que propriamente científico. O que se conhece acerca do Big Bang é descrito como processos ocorrendo no espaço-tempo. Considerações acerca deste ter sido criado no instante zero ou existir antes, acerca da existência de outro universo com características distintas das encontradas no universo que nos abriga, ou qualquer outra afirmação relativa ao que ocorre antes deste tempo limite definido pela nossa compreensão factual transcendem assim - até a presente data - os limites científicos e o paradigma científicamente aceito acerca do Big Bang. A pergunta sobre o que ocorreu antes deste tempo limite é contudo certamente pertinente à teoria. O Grande Colisor de Hádrons (LHC) construído na europa traz consigo a esperanças de, em breve, poder-se compreender de facto o comportamento da matéria-energia, e por tal do espaço-tempo, em densidades tão altas quanto as esperadas para antes deste tempo limite - geralmente aceito pela maioria como próximo ao denominado tempo de planck.

Embora muitas vezes apoiadas em sólidas bases matemáticas, considerações antes apresentadas estendem-se assim para todas as teorias - ainda não científicas justo pela ausência de fatos - que afirmam conhecimento acerca do que ocorreu antes deste tempo limite, entre as quais destacam-se certamente a teoria das cordas, teoria que propõe a existência de multiversos e de onze dimensões - ao invés de apenas as quatro do espaço-tempo - e as teorias do Big Bang Frio; e do Big Crunch e do Universo oscilante.

A formação dos primeiros átomos

Radiação de Fundo resultante do Big Bang.

A nucleossíntese foi a formação inicial dos primeiros núcleos atômicos elementares (hidrogênio e hélio). Ela ocorreu porque a atuação da Força Nuclear Forte acabou atraindo prótons e nêutrons que se comprimiram em núcleos primitivos. Sabe-se que esta força nuclear forte só é eficaz em distâncias da ordem de 10-13 cm. Presume-se que a nucleossíntese ocorreu 100 segundos após o impulso inicial, e que esta foi seguida de um processo de repentino resfriamento devido à irradiação que, segundo alguns, ocasionou o surgimento dos núcleos — segundo outros, o surgimento dos núcleos ocasionou o resfriamento. Em função da nucleossíntese, a matéria propriamente dita passou a dominar o universo primitivo, pois sabe-se que a densidade de energia em forma de matéria passou, a partir daquele momento, a ser maior do que a densidade em forma de radiação. Isso se deu em torno de 10 mil anos após o impulso inicial.

Com a queda da temperatura universal, os núcleos atômicos de hidrogênio, hélio e lítio recém-formados se ligaram aos elétrons, formando assim átomos completos desses elementos. Presume-se que isso se deu em torno de 300 mil anos após o chamado marco zero. A temperatura universal estava então em torno de 3.000 K.

O processo, ou a era da formação atômica, segundo alguns pesquisadores, durou cerca de um milhão de anos aproximadamente. À medida que se expandia a matéria, a radiação que permeava o meio se expandia simultaneamente pelo espaço, porém em velocidade muito maior, ultrapassando a primeira. Daquela energia irradiada sobraram alguns resquícios em forma de micro-ondas, que foram detectadas em 1965 por Arno A. Penzias e Robert W. Wilson, tendo sido chamada de radiação de fundo.

O satélite COBE, em 1992, descobriu flutuações na radiação de fundo recebida que explicariam a formação das galáxias logo após a Grande Explosão.

Um exemplo ilustrativo da expansão repentina a que se seguiu após o evento inicial, seria que a matéria comprimida num volume hipotético do tamanho de uma cabeça de alfinete, em torno de 1 mm de diâmetro, se expandiria para cerca de 2 mil vezes o tamanho do nosso sol.

Antes de completar um segundo de idade, o Universo estava na era da formação dos prótons e nêutrons. Os nêutrons tendem a decair espontaneamente em prótons, porém prótons recém formados pelo decaimento não decaem. Devido a experimentos em aceleradores de partículas, sabe-se que o universo naquela era, (1 segundo aproximadamente), ficou com 7 prótons para cada nêutron — uma massa turbilhonante das partículas mais elementares. Era também mais denso do que o ferro e tão opaco que nenhuma luz conseguiria penetrá-lo.

Outro dado apontado pelas pesquisas realizadas leva à cifra de aproximadamente 500 mil anos, em média, do resfriamento universal acelerado. Supõe-se que as partículas elementares, ao se fundirem formando hidrogênio e hélio, formaram imensos bolsões de gás que poderiam ter sido causados por pequenas alterações da gravidade, resultando assim em protogaláxias que teriam originado estrelas entre 1 e 2 bilhões de anos após o Big Bang.

A evolução estelar aponta para as gigantes vermelhas e supernovas, que durante a sua vida, geraram o carbono e demais átomos. Todos os elementos, presume-se, seriam espalhados no meio interestelar a partir das supernovas; uma data limítrofe para esses eventos estaria em torno de 1,1 bilhão de anos após a explosão inicial.

As supernovas semearam nas galáxias a matéria-prima para posteriores nascimentos de estrelas.

Os dois pré-supostos

A Teoria do Big Bang baseia-se em dois pré-supostos: o primeiro é a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, que explica a interação gravitacional da matéria; o segundo pressuposto é o conhecido princípio cosmológico, que diz que o aspecto do universo independe da posição do observador (não há um ponto de observação privilegiado — o universo é isotrópico) e da direção em que ele olhe (o universo apresenta o mesmo aspecto não importando a direção em que se o olhe — o universo é homogêneo).

A unificação das origens

Da teoria da gravidade de Newton sabe-se que a força gravitacional entre dois corpos depende somente de suas massas e não da matéria de que são constituídos. A teoria geral da relatividade descreve a estrutura do universo e a força da gravidade, isto é, o macro-universo ou as interações do trinômio energia-tempo-matéria, no qual as massas são mais importantes* que as cargas. A mecânica quântica descreve o micro-universo e as interações também do trinômio energia-tempo-matéria, no qual as massas são menos **relevantes que as cargas, embora tratem da mesma natureza, obviamente diferenciando-se o tamanho. As interações, em muitos aspectos, são idênticas às teorias, porém estas são incompatíveis e não se completam. Portanto, falta a chave que teoricamente as une, pois não podem estar ao mesmo tempo corretas e erradas.

Portanto, pode-se deparar com muitas teorias a respeito do início do universo, mas por enquanto apenas uma trata do seu início, ou seja, a teoria do Big-Bang — é a que une as duas teorias de macro e micro-universo.

    • A questão da relevância é discutível. Acredita-se que o termo mais correto seria ênfase devido às comparações entre os tamanhos e das interações no cosmo.

As massas, as ondas e as leis da física na singularidade

Uma dúvida ainda persistente para os astrofísicos é quanto à natureza da matéria e as distorções que ocorrem nas leis que a regem quando ela começa a ser comprimida ao cair em objetos densíssimos.

Os buracos negros são, por natureza, um exercício de abstração intelectual. Não há como saber se as leis da natureza se aplicam em condições tão extremas de compressão gravitacional e distorção do espaço-tempo. Na prática, é impossível criar as condições dos efeitos gravitacionais de um objeto tão denso na Terra; porém, já existem métodos pelos quais é possível a simulação dos efeitos de forma virtual, ou seja, em sistemas de ensaio operados por poderosos supercomputadores.

Mesmo com simulações e construção de objetos densíssimos em ambiente virtual, restam questões quanto à possibilidade de compressão de massa cujo volume aplicado é nulo e a densidade infinita — a isso se dá o nome de singularidade de Schwarzschild.

Einstein acreditava que o aumento da intensidade da gravidade cria uma distorção que retarda a percepção temporal. Noutras palavras, objetos muito densos, como buracos negros ou estrelas de nêutrons, retardam o tempo devido aos efeitos gravitacionais. Se fosse possível observar a queda de objetos num buraco negro, presume-se que se veria um objeto mover-se cada vez mais devagar, ao contrário do que poderia naturalmente supor, pois à medida que este se aproxima da singularidade, a distorção temporal agiria de tal forma que não o veríamos parar. Segundo Einstein, há o desvio para o vermelho e este também é dependente da intensidade gravitacional. Se se analisar sob o ponto de vista corpuscular, imaginando-se que a luz é um pacote quântico com massa e que esta partícula ocupa um determinado lugar no espaço, e está acelerada energeticamente (isto é, vibrando), a oscilação gera o comprimento de onda de luz, que se propaga como frente de onda em espaço livre. Longe de campo gravitacional intenso, a frequência emitida tende para o azul. Na medida em que o campo gravitacional começa a agir sobre a partícula, esta começará a se movimentar, ou vibrar, com menos intensidade, logo sua emissão desviará para o vermelho, pois a oscilação foi retardada. Nesse ponto, a análise funde a dualidade matéria-energia. Sabe-se que não é possível analisar a partícula como matéria e energia ao mesmo tempo: ou se considera o ponto de vista vibratório ou o corpuscular. Porém, próximo à singularidade, temos que fazer este exercício de raciocínio, pois a atração gravitacional é tão forte que pode fazer parar o movimento oscilatório, e ao mesmo tempo atrair o objeto para si. Portanto, qualquer que seja o ângulo de observação, a gravidade prende a radiação em si mesma. Logo, a conclusão é que não se pode observar absolutamente nada o que ocorre dentro do raio de Schwarzschild, ou singularidade.

Como antes do Big-Bang o Universo era uma singularidade, presume-se que o tempo então não existia, pois se objetos densos tendem a retardar o tempo, logo quando se tem matéria infinita em espaço nulo a singularidade é tal que o tempo para.

Novas Possibilidades

Este é o conceito artístico da expansão do Universo, onde o espaço (incluindo hipotéticas partes não observáveis do Universo) é representado em cada momento, em seções circulares. O esquema é decorado com imagens do satélite WMAP.

Apesar de ser uma tendência da cosmologia investir num princípio, devemos considerar que o argumento que endossa a teoria do Big Bang é uma expansão do universo que pode ser observada. No entanto, essa dilatação pode ser um fenômeno regional, existente apenas nos limites do universo observável ou no alcance do atual telescópio Espacial Hubble. Diante disso, existe a possibilidade desse fenômeno não atender todo o universo. Nesse caso, o que até hoje foi observado seria somente um processo de dilatação regional de causa ainda desconhecida,e somente o desenvolvimento de telescópios de maior alcance e resolução poderiam confirmá-lo.

Não aceitar a constante de afastamento das galáxias mais distantes como uma verdade absoluta, implica endossar outras teorias que melhor se identificariam com o efeito sonda encontrado na informação de luz emitida de fontes muito distantes. A observação da propagação no meio inter-espacial da energia eletromagnética de supernovas, (verdadeiros tsunamis de energia que constantemente varrem o espaço), com a nova tecnologia dos futuros telescópios e radiotelescópios espaciais, brevemente poderá identificar e esclarecer muitas dúvidas sobre o comportamento da luz através da matéria escura. Independente disso, e embora ainda não possa ser confirmado com as imagens de fundo provindas dos limites de observação, habitar e observar apenas parte de um hipotético universo que se desloca linearmente, e, em paralelo com velocidade acelerada, seria uma dessas teorias que atendem a região que esta sendo mapeada. Essa teoria estima que estaríamos em meio a um universo acelerado em paralelo, e cujo efeito retardado da informação da luz que nos chega só seria permitido observar as ondas luminosas com desvio do espectro para o vermelho.

Em linguagem matemática, o ponto de vista das informações "emitidas e recebidas" entre duas partículas que se movem com velocidades próximas à da luz e em paralelo poderiam melhor explicar o fenômeno da expansão.

Formação de partículas

A teoria mais aceita para a origem do universo propõe que ele seja o resultado de uma grande explosão, logo após a qual a matéria estava extremamente densa, comprimida e quente. Essa matéria primordial era composta, principalmente, de partículas elementares, como quarks e elétrons. À medida que ela ia se expandindo e esfriando, os quarks se uniam formando partículas maiores chamadas hádrons, os quais podem conter 3 quarks (bárions) ou 2 quarks (mésons). Os prótons e nêutrons formados (que são bárions) se agrupavam em núcleos e os elétrons eram capturados em órbitas em torno dos núcleos, formando átomos.

Os núcleos maiores e mais pesados foram criados no interior de estrelas, as quais por sua vez se formaram pela aglomeração de grandes quantidades da matéria primordial. Algumas dessas estrelas ejetaram parte de sua massa para o espaço interestelar, levando à formação de estrelas menores, planetas, nebulosas etc. As substâncias químicas foram criadas pela aglomeração dos átomos em moléculas e, finalmente, os seres vivos originaram-se do agrupamento de vários tipos de moléculas em estruturas complexas.

Física especulativa além da teoria do Big Bang

Enquanto o modelo do Big Bang está bem estabelecido em cosmologia, é provável que seja aprimorado no futuro. Pouco se sabe sobre os primeiros momentos da história do Universo. As equações da relatividade geral clássica indicam uma singularidade na origem do tempo cósmico, embora esta conclusão depende de vários pressupostos. Além disso, a relatividade geral é quebrada antes que o Universo atinja a temperatura de Planck, e um tratamento correto de gravidade quântica pode evitar a singularidade. [20]

A teoria do Big Bang não é um acontecimento igual a uma explosão da forma que conhecemos[21] ; embora o universo observável com a ajuda das lentes dos modernos telescópios espaciais ainda descreva um resultado de uma explosão (uma fuga cósmica), há quem levante dúvidas se realmente houve algo que explodiu ou se foi uma explosão a causa dessa dilatação observada.

Alguns afirmam que o termo "Big Bang" é utilizado como uma aproximação para designar aquilo que também se costuma chamar de "Modelo Cosmológico Padrão". Este consiste numa aplicação da Relatividade Geral ao Universo como um todo. Isso é feito, em um primeiro momento, assumindo-se que o universo é homogêneo e isotrópico em larga escala. Em um segundo momento se introduzem flutuações de densidade no modelo e estuda-se a evolução destas até a formação de galáxias.

O modelo cosmológico padrão é extremamente bem testado experimentalmente e possibilitou a previsão da radiação cósmica de fundo em micro-ondas e da razão entre as abundâncias de hidrogênio e hélio.

Se for imaginado um triângulo, com lados maiores do que milhares de vezes o raio de uma galáxia observável qualquer, poder-se-á saber da validade do teorema de Pitágoras pela observação direta. Porém, não se tem ideia de qual é a topologia do universo em larga escala atualmente. Ou, é sabido se ele é infinito ou finito no espaço. O termo Big Bang também designa o instante inicial (singular) no qual o fator de escala (que caracteriza como crescem as distâncias com a expansão) tende a zero.

Em abril de 2011, utilizando uma incerteza de Heisenberg persistente, relacionada à posição primordial de uma origem comóvel, um físico brasileiro publicou uma solução para as equações de campo de Einstein, dentro do contexto cosmológico, fornecendo uma temperatura de zero absoluto para o universo primordial: "On the Cold Big bang Cosmology".[22] Em junho de 2011 é publicada uma demonstração onde a incerteza de Heisenberg persistente que leva uma temperatura de zero absoluto para o universo primordial advém de um critério de quantização para a energia.[23]

Ver também

Referências

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  22. Armando V.D.B. Assis. (2011). "Assis, Armando V.D.B. On the Cold Big Bang Cosmology. Progress in Physics, 2011, v. 2, 58-63". Progress in Physics 2/2011: 58–63.
  23. Armando V.D.B. Assis. (2011). "Assis, Armando V.D.B. A Note on the Quantization Mechanism within the Cold Big Bang Cosmology. Progress in Physics, 2011, v. 4, 40-41". Progress in Physics 4/2011: 40–41.

Bibliografia

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Ligações externas