Se o universo já é infinito, como entender o seu processo de expansão? Eis uma explicação
O universo está em constante expansão, mas não existe algo no qual ele esteja se expandindo dentro
Quando você assa um pão ou uma fornada de bolinhos, você coloca a massa em uma assadeira. À medida que a massa assa no forno, ela se expande na assadeira. Quaisquer pedaços de chocolate ou frutinhas na massa ficam mais distantes uns dos outros à medida que o pão ou bolinho se expandem.
A expansão do Universo é, de certa forma, semelhante. Mas essa analogia é falha em um aspecto: enquanto a massa se expande dentro da assadeira, o Universo não tem nada para onde se expandir. Ele simplesmente se expande para dentro de si mesmo.
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Pode ser desafiante entender, mas o Universo é considerado tudo dentro do Universo. No Universo em expansão, não há assadeira. Apenas massa. Mesmo que houvesse uma assadeira, ela seria parte do Universo e, portanto, o Universo se expandiria com a assadeira.
Mesmo para mim, um professor de física e astronomia que estuda o Universo há anos, essas ideias são difíceis de entender. Você não experimenta nada parecido com isso em sua vida cotidiana. É como perguntar qual é a direção mais ao norte do Polo Norte.
Outra maneira de pensar sobre a expansão do Universo é em como outras galáxias estão se afastando da nossa galáxia, a Via Láctea. Os cientistas sabem que o Universo está se expandindo porque podem rastrear outras galáxias à medida que elas se afastam da nossa. Eles definem a expansão usando a taxa em que outras galáxias se afastam de nós. Essa definição permite que eles imaginem a expansão sem precisar de algo para se expandir.
O Universo em expansão
O Universo começou com o Big Bang 13,8 bilhões de anos atrás. O Big Bang descreve a origem do Universo como uma singularidade extremamente densa e quente. Esse ponto minúsculo passou repentinamente por uma rápida expansão chamada inflação, em que todos os lugares do Universo se afastaram repentinamente. Mas o nome Big Bang é enganoso. Não foi uma explosão gigante, como o nome sugere, mas um momento em que o Universo se expandiu rapidamente.
Em seguida, o Universo rapidamente condensou e esfriou, e começou a produzir matéria e luz. Por fim, ele evoluiu para o que conhecemos hoje como nosso Universo.
A ideia de que nosso Universo não era estático e poderia estar se expandindo ou contraindo foi publicada pela primeira vez pelo físico Alexander Friedman em 1922. Ele confirmou matematicamente que o Universo está se expandindo.
Embora Friedman tenha provado que o Universo estava se expandindo, pelo menos em alguns pontos, foi Edwin Hubble quem analisou mais profundamente a taxa de expansão. Muitos outros cientistas confirmaram que outras galáxias estão se afastando da Via Láctea, mas em 1929, Hubble publicou seu famoso artigo que confirmava que todo o Universo estava se expandindo, e que esta taxa de expansão estava aumentando.
Essa descoberta continua a intrigar os astrofísicos. Que fenômeno permite que o Universo supere a força da gravidade que o mantém coeso e, ao mesmo tempo, se expanda, afastando os objetos do Universo uns dos outros? E, além de tudo isso, sua taxa de expansão está se acelerando com o tempo.
Muitos cientistas usam uma imagem chamada funil de expansão para descrever como a expansão do Universo tem se acelerado desde o Big Bang. Imagine um funil profundo com uma borda larga. O lado esquerdo do funil - a extremidade estreita - representa o início do Universo. Ao se mover para a direita, você está avançando no tempo. O alargamento do cone representa a expansão do Universo.
Os cientistas não conseguiram medir diretamente de onde vem a energia que causa essa expansão acelerada. Eles não foram capazes de detectá-la ou medi-la. Como não conseguem ver ou medir diretamente esse tipo de energia, eles a chamam de energia escura.
De acordo com os modelos dos pesquisadores, a energia escura deve ser a forma mais comum de energia no Universo, constituindo cerca de 68% da energia total do Universo. A energia contida na matéria cotidiana, que compõe a Terra, o Sol e tudo o que podemos ver, é responsável por apenas cerca de 5% de toda a energia do Universo.
Fora do funil de expansão
Então, o que está fora do funil de expansão?
Os cientistas não têm evidências de nada além do nosso Universo conhecido. Entretanto, alguns preveem que poderia haver vários universos. Um modelo que inclua vários universos poderia corrigir alguns dos problemas que os cientistas encontram nos modelos atuais do nosso Universo.
Um grande problema com nossa física atual é que os pesquisadores não conseguem integrar a mecânica quântica, que descreve como a física funciona em uma escala muito pequena, e a gravidade, que governa a física em grande escala.
As regras de como a matéria se comporta em pequena escala dependem da probabilidade e de quantidades "quantizadas", ou fixas, de energia. Nessa escala, os objetos podem entrar e sair da existência. A matéria pode se comportar como uma onda. O mundo quântico é muito diferente de como vemos o mundo.
Em grandes escalas, que os físicos chamam de mecânica clássica, os objetos se comportam como esperamos que se comportem no dia a dia. Os objetos não são quantizados e podem ter quantidades contínuas de energia. Os objetos não entram e saem da existência.
O mundo quântico se comporta como um interruptor de luz, em que a energia tem apenas a opção de ligar e desligar. O mundo que vemos e com o qual interagimos se comporta como um interruptor com dimmer, permitindo todos os níveis de energia.
Mas os pesquisadores se deparam com problemas quando tentam estudar a gravidade no nível quântico. Em pequena escala, os físicos teriam de presumir que a gravidade é quantizada. Mas a pesquisa que muitos deles realizaram não apoia essa ideia.
Uma maneira de fazer com que essas teorias funcionem juntas é a teoria do multiverso. Há muitas teorias que vão além do nosso Universo atual para explicar como a gravidade e o mundo quântico funcionam juntos. Algumas das principais teorias incluem a teoria das cordas, a cosmologia de branas, a teoria quântica de loop e muitas outras.
Independentemente disso, o Universo continuará a se expandir, com a distância entre a Via Láctea e a maioria das outras galáxias aumentando com o tempo.
Nicole Granucci não presta consultoria, trabalha, possui ações ou recebe financiamento de qualquer empresa ou organização que poderia se beneficiar com a publicação deste artigo e não revelou nenhum vínculo relevante além de seu cargo acadêmico.
Este artigo foi publicado no The Conversation Brasil e reproduzido aqui sob a licença Creative Commons
