Edward Belbruno é um matemático e um artista. Suas pinturas estão em grandes coleções e estão sendo exibidas por todo os Estados Unidos, e ele é consultor regular da NASA como pesquisador cosmologia na Universidade de Princeton.
Ele também é autor de "Fly Me to the Moon" (Princeton University Press, 2007). Belbruno contribuiu para este artigo do Space.com especialistas Vozes: Op-Ed & Insights.
Quem nunca olhou para o céu noturno cheio de estrelas e se perguntava: "De onde é que tudo vem?"
Há muitas maneiras de abordar esta questão. Foi Edwin Hubble cuja telescópica observações de galáxias em 1929 levou à grande descoberta de que o universo estava se expandindo, e que a taxa de expansão é proporcional ao quão longe as galáxias são uma das outras.
Quanto mais distantes mais rápidas eles estão se separam. Este resultado implica que houve um tempo cerca de 13.750 milhões anos atrás, quando o universo começou em um evento que hoje chamamos de Big Bang.
A Grande Explosão
A evidência sugere que o Big Bang foi algo alucinante em sua escala, descrita na teoria da inflação, apresentada pela primeira vez por Alan Guth em 1979 e elaborada em cima de seu livro "O Universo inflacionário" (Perseus Books, 1997). Guth sugere o universo inteiro veio essencialmente do nada, a uma taxa que é incompreensível: Dentro de um trilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo, o universo se expandiu por um fator de 10^78 em termos de volume - que é um 10 com 78 zeros depois dele . Nós realmente não temos ideia de como isso aconteceu, o que naturalmente dá origem a muitas teorias.
Universos cíclicos
A teoria do universo cíclico é uma tentativa de tentar entender como o Big Bang poderia ter ocorrido. Apresentadas por Albert Einstein em 1931, a teoria sugere que, antes do Big Bang, um outro universo que existia. Este universo se expandiu, então contratada para o que é chamado de "big crunch", e sua contração levou ao Big Bang que criou o nosso universo.
De acordo com essa teoria, nosso universo poderia fazer a mesma coisa. Na verdade, não poderia ter havido toda uma seqüência de tais universos, expandindo e contraindo, talvez para sempre.
Existem variações mais recentes dessa ideia. Uma delas é o trabalho interessante por Paul Steinhardt, da Universidade de Princeton e Neil Turok do Instituto Perimeter. Eles têm uma teoria do universo cíclico, chamada de teoria ecpirótico, onde o próprio Big Bang é modelado como a colisão de objetos de dimensões mais elevadas denominadas branas, derivadas da teoria das cordas, elaborada em seu livro "Endless Universe" (Doubleday, 2007).
Outra teoria cíclica é chamado de loop cosmologia quântica, com base na gravidade quântica. Nesta teoria do Big Bang é substituído por um salto quântico. Isto é, quando um universo entra em colapso e, uma vez que comprime para baixo, a compressão é limitada por estruturas de ansas pequenas no tecido do espaço e tempo, chamado de lacetes quânticas. No final da compressão, a expansão começa e é influenciada pelos efeitos quânticos dentro das laçadas quânticas. Esta transição entre compressão e expansão é chamado um salto quântico.
Como os números vinculam os universos
Mas como é que uma transição para outro universo? Nos últimos dois anos, tenho vindo a tentar responder a essa pergunta de uma perspectiva matemática rigorosa. Eu apliquei técnicas matemáticas a partir do campo da teoria regularização dentro do campo da mecânica celeste, e tentei ver se um universo cíclico é ainda matematicamente possível.
Isso é feito ao mostrar que as equações que definem o Big Bang pode ser reescrito de forma a fazer sentido no momento do Big Bang. Isso é necessário, já que as equações que definem a evolução do universo após o Big Bang, chamado as equações de Friedmann, quebram no próprio Big Bang e não fazem sentido. [Time Invisível na Arte de Ed Belbruno (Fotos)]
Regularização da teoria fornece uma maneira para estas equações que ao serem reescritas em uma nova forma elas possam ser definidos no Big Bang. Se isso for feito corretamente, então ele também fornece uma maneira de entender se variação nos parâmetros que definem o universo pode ser descrito para Big Bang como o tempo varia. Em seguida, dizer que o Big Bang foi "regularizada". Quando isso for feito, então pode-se determinar se é matematicamente possível uma transição a partir de uma grande "trituração" para um Big Bang a ocorrer.
A forma como a regularização funciona é a seguinte: As equações de Friedmann descrevem a evolução do universo desde o Big Bang e como o tempo avança. Eles são obtidos usando a teoria geral da relatividade de Einstein e de rendimento valores que descrevem a evolução de diferentes parâmetros de como o tempo varia. As variáveis incluem a variável Hubble, que descreve taxa de mudança da escala do universo, e a "equação de estado", que é a relação entre a pressão e a densidade do universo.
Existem vários outros, incluindo a curvatura do universo, que mede o grau em que o universo dobra espaço e no tempo, e a anisotropia, que é uma medida de como não uniforme o universo é em direções diferentes. Embora existam vários parâmetros de interesse, as chaves para a minha análise são a variável de Hubble e da equação de estado. Isso é porque eu estou preocupado com a forma como o universo se comporta em e perto do Big Bang. A variável de Hubble é importante, uma vez que está relacionado com a escala, ou tamanho, do universo e como isso varia. A equação de estado é importante, uma vez que produz valores que ele deve ter para a regularização de ser possível. Estas duas variáveis dão uma imagem muito boa do que está acontecendo.
Prof. Sérgio Torres
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