Física, Matemática, Músicas, Filmes e Atualidades: O universo primordial simplesmente explodiu, ou implodiu antes de explodir?

Cientistas da Universidade de Penn State (EUA) desenvolveram um novo paradigma para compreender as primeiras eras da história do universo.

Usando técnicas de uma área da física moderna desenvolvida na Universidade e conhecida como cosmologia quântica, os cientistas fizeram análises extensas que incluem a física quântica na história do universo desde o seu princípio.

O novo paradigma mostra, pela primeira vez, que as estruturas de grande escala que agora vemos no universo podem ter evoluído de flutuações fundamentais da natureza quântica essencial do “espaço-tempo” que existiam no início do universo, mais de 14 bilhões de anos atrás.

“Nós sempre quisemos entender mais sobre a origem e evolução do nosso universo. Por isso, é um momento emocionante para nosso grupo começar a usar o nosso novo paradigma para compreender, com mais detalhes, a dinâmica entre a matéria e a geometria durante as primeiras eras do universo, incluindo seu início”, disse o principal autor do estudo, Abhay Ashtekar.

O novo paradigma sobre antes do Big Bang

O novo paradigma fornece um quadro conceitual e matemático para descrever a exótica “geometria da mecânica quântica do espaço-tempo” no início do universo.

O paradigma mostra que, durante esta época, o universo era tão inimaginavelmente denso que o seu comportamento era governado não pela física clássica da teoria da relatividade geral de Einstein, mas por uma teoria ainda mais fundamental que também incorpora a dinâmica estranha da mecânica quântica.

A densidade da matéria era de 1094 (o número 10 seguido de 94 zeros) gramas por centímetro cúbico, em comparação com a densidade de um núcleo atômico hoje, de apenas 1014 gramas.

Neste ambiente bizarro da mecânica quântica, no qual se pode falar apenas em probabilidades de eventos, e não certezas, as propriedades físicas eram naturalmente muito diferentes das que vivemos hoje. Entre essas diferenças está o conceito de “tempo”, bem como a mudança dinâmica de vários sistemas ao longo do tempo, à medida que experimentavam a própria geometria quântica.

Muito tempo atrás

Observatórios espaciais não conseguem detectar eventos ocorridos há muito tempo e muito longe, como as épocas iniciais do universo descritas pelo novo paradigma. Mas alguns observatórios já chegaram perto.

A radiação cósmica de fundo foi detectada. Ela foi emitida na era em que o universo tinha apenas 380 mil anos de idade. Nesse tempo, depois de um período de rápida expansão chamada “inflação”, o universo explodiu em uma versão muito diluída de sua versão hipercomprimida.

No começo da inflação, a densidade do universo já era um trilhão de vezes menor do que durante sua infância.

Observações da radiação de fundo cósmico mostram que o universo teve uma consistência predominantemente uniforme após a inflação, com exceção de algumas regiões que eram mais densas e outras que eram menos densas.

Mas o paradigma padrão inflacionário para descrever o universo primordial, que utiliza as equações da física clássica de Einstein, trata do espaço-tempo como contínuo.

“O paradigma inflacionário goza de notável sucesso em explicar as características observadas da radiação cósmica de fundo. Entretanto, este modelo está incompleto. Ele mantém a ideia de que o universo explodiu do nada em um Big Bang, o que naturalmente resulta da incapacidade da física da relatividade geral de descrever situações extremas de mecânica quântica”, disse Ivan Agullo, coautor do estudo. “É preciso uma teoria quântica da gravidade, como a cosmologia quântica, para ir além de Einstein, a fim de capturar a verdadeira física da origem do universo”.

Os pesquisadores já tinham trabalhado anteriormente em uma “atualização” do conceito do Big Bang para o conceito intrigante de “Big Bounce”, que teoriza sobre a possibilidade de que o nosso universo não tenha surgido “do nada”, mas sim a partir de uma massa supercomprimida de matéria que anteriormente pode ter tido uma história própria.

Mesmo que as condições de mecânica quântica no início do universo fossem muito diferentes das condições físicas clássicas após a inflação, a nova conquista dos físicos da Penn State revela uma conexão surpreendente entre os dois paradigmas.

No passado, quando cientistas usaram o paradigma da inflação, juntamente com as equações de Einstein para modelar a evolução das áreas mais ou menos densas espalhadas pela radiação cósmica de fundo, eles descobriram que essas irregularidades serviram como “sementes” que evoluíram ao longo do tempo para os aglomerados de galáxias e outras grandes estruturas que vemos no universo hoje.

Já quando os cientistas da Penn State usaram o seu novo paradigma quântico com suas equações quânticas, descobriram que as flutuações fundamentais na natureza do espaço no momento do “Big Bounce” evoluíram para se tornar as estruturas de “sementes” vistas na radiação cósmica de fundo.

Segundo o novo trabalho, as condições iniciais no início do universo naturalmente levaram a estrutura em larga escala do universo que observamos hoje.

Além disso, o novo paradigma “empurra” para trás a gênese da estrutura cósmica do universo da época inflacionária até o “Big Bounce”, cobrindo cerca de 11 ordens de magnitude na densidade da matéria e curvatura do espaço-tempo.

Os pesquisadores reduziram para certos parâmetros as condições iniciais que poderiam existir no início do universo e descobriram que a evolução dessas condições iniciais concorda com as observações da radiação cósmica de fundo. [ScienceDaily. RedOrbit ]

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“Meu objetivo não é destruir a religião, apesar de isso ser um efeito colateral interessante. Meu objetivo não é diferente do que o de Charles Darwin com seu livro “A Origem das Espécies”. Meu objetivo é usar essa fascinante questão, que todos fazem, e motivar as pessoas a aprender sobre o universo real”.

De onde veio o Universo?

O físico teórico Lawrence Krauss já tomou parte em muitos tópicos complicados, da evolução até o estado das políticas científicas, passando pela física quântica e até a ciência em Star Trek. Mas em um de seus livros, ele talvez fale sobre o assunto limite: como nosso universo surgiu do nada sem uma intervenção divina.
O argumento de que Deus foi o responsável pelo toque inicial, dando vida ao cosmos, vem desde Aristóteles e Tomás de Aquino. Em debates com teólogos, “a questão ‘porque existe algo ao invés de nada’ sempre aparece como ‘inexplicável’ e implica a existência de um criador”, afirma Krauss. “Nós já fomos tão longe, que responder essa pergunta – ou fazer questões similares – virou parte da ciência”.

Ele comentou essa intrigante questão em uma palestra gravada, em uma conferência da Aliança Ateísta Internacional, em 2009. O vídeo já teve mais de um milhão de visualizações, e incitou Krauss a publicar seu mais novo livro, “A Universe From Nothing”.

Porque existe algo ao invés de nada? O cientista afirma que essa questão implica uma pesquisa que não está realmente no propósito científico. “O ‘porque’ nunca é realmente um ‘porque’… de verdade, quando dizemos ‘porque’, estamos querendo saber ‘como’”.

Ok, mas então como temos um universo do nada? Krauss traça uma série de descobertas, desde a teoria geral da relatividade de Einstein até os últimos estudos da energia escura, exemplificando como os cientistas determinaram que os espaços vazios estão preenchidos com energia, na forma de partículas virtuais. Da perspectiva da física quântica, as partículas entram e saem da existência a todo o tempo. Pra Krauss e muitos outros teóricos, o nada é tão instável que ele tem que criado algo: em nosso caso, o universo.

E ainda mais. Krauss e seus colegas tem a visão de que pode haver uma sucessão infindável de big bangs, criando muitos universos com diferentes parâmetros e leis físicas. Alguns desses volta ao nada imediatamente, enquanto outros – como o nosso – ficam por aí tempo suficiente para dar origem às galáxias, estrelas, planetas e vida. Os cientistas ainda não têm uma forma de testar essa hipótese, mas isso explicaria como temos sorte de estar vivos: ganhamos na loteria cósmica.

“Alguns dizem ‘Bom, isso é só uma escapatória’”, comenta Krauss. “Mas é uma desculpa menor do que Deus”.

Positivos e negativos

O livro de Krauss não é o primeiro a colocar que Deus é desnecessário para a criação do universo.

Stephen Hawking apresentou um ponto parecido em seu livro “The Grand Design”. O argumento chave é que a energia positiva da matéria é balanceada pela energia negativa do campo gravitacional. Da perspectiva quântica, a energia total do universo é zero e a evidência matemática disso seria o fato do universo ser plano e não esférico. Portanto, a energia do “nada” é conservada, mesmo que “algo” entre na história.

A ideia de um balanço entre a energia positiva e negativa tem gerado críticas por parte do criacionismo, mas Krauss afirma que o conceito bate com as teorias cosmológicas atuais.

“Soa como uma fraude, mas não é. Uma vez com a gravidade, o incrível é que você pode começar com zero energia e acabar com diversas coisas, e essas podem ter energia positiva, contanto que você faça o efeito contrário com energia negativa. A gravidade permite que a energia seja negativa”, afirma o cientista.

Daqui a muito tempo, quando todas as galáxias tiverem expandindo até o fim, e todas as estrelas morrido, os positivos e negativos vão se cancelar, levando nosso universo a voltar à uniformidade do espaço vazio. “O ‘algo’ talvez esteja aqui por um pequeno período de tempo”, afirma Krauss.

Acentuar o positivo

Para muitos isso pode soar um tanto suicida. O famoso evolucionista (e um dos ateus mais famosos do mundo) Richard Dawkins afirma o seguinte: “Se você acha que isso é sombrio e pouco entusiasmante, que pena. Realmente não traz conforto”. Mas Krauss não pretende ser um depressor.

Krauss afirma que a perspectiva científica sobre as origens e o destino do universo oferece uma alternativa válida para o tradicional “consolo” que a religião propõe.

“Aqui estão estas marcantes leis da natureza que surgiram e produziram tudo que você conhece, algo muito mais interessante do que qualquer conto de fadas”, comenta Krauss. “Nós somos os beneficiários sortudos disso, e deveríamos aproveitar o fato de termos consciência para apreciar o universo. É um acidente fantástico, como temos sorte de ser parte disso! E você pode criar uma ‘teologia’ ao redor disso, se quiser”.

É claro que Krauss não se refere à teologia no sentido literal, do estudo de Deus, mas em um sentido de atitude com a vida e seus significados (ou falta de). Qual é a sua atitude? Sinta-se livre para expressar sua opinião, mas com respeito.

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