O que existia antes do Big Bang?

2 semanas ago
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Quando Edwin Hubble declarou que o Universo estava se expandindo continuamente, Einstein ficou tão perturbado que ele teria chamado sua inclusão da Constante Cosmológica na Teoria da Relatividade Geral, o “maior erro” de sua vida. O erro foi sua suposição de que o Universo era um lugar estático e imutável. A expansão do nosso Universo implica que seus habitantes divergentes, como os riachos divergentes de uma mangueira comprimida, podem ser rastreados até um único ponto. O Universo estava então determinado a ter sido concebido a partir de uma explosão estelar, o primeiro evento cosmológico, um Big Bang.

Se o Universo fosse infinito e eterno, cada linha de visão acabaria na superfície de uma estrela, de modo que o céu noturno fosse tão radiante quanto a superfície do Sol. Este é, é claro, não é o caso, para explicar quais, as estrelas não devem brilhar antes de um certo tempo. A descoberta de que o Universo tem um começo, quase 14 bilhões de anos atrás, é tão profunda que levou Stephen Hawking a reivindicá-lo como “provavelmente a descoberta mais notável da cosmologia moderna”.

Uma representação artística do Big Bang.

No entanto, não se pode deixar de saber o que causou esse próprio Bang? Qual é outra maneira de perguntar o que existia antes?

Essa questão, no entanto, é muito vaga. Os físicos restringem-se ao examinar apenas certos aspectos, como especular o fenômeno anterior que faria com que nosso Universo exibisse as propriedades que possui atualmente. Uma peculiaridade perplexa é a surpreendente ordem do Universo. O Universo, por algum motivo misterioso, exibe entropia ou desordem muito baixa, e como a entropia aumenta com o tempo, o Universo deve ter iniciado logicamente com uma entropia ainda menor. Uma teoria pré-Big Bang deve explicar por que começou assim.

Entre todas as teorias, eu mencionei apenas duas das mais importantes. No entanto, estas são especulações, não fatos verificados, mas o gênio e o rigor por trás deles, no entanto, ilustram a aquiescência da natureza para possibilidades estranhas e francamente estranhas, se, claro, a matemática permite.

Grande ressalto

Um universo com um começo implica que deve ter um fim. Cosmologistas referem-se a isso como o Big Crunch, um evento apocalíptico onde o Universo fica muito lotado e se desmorona sob sua própria massa. No cenário, em algum momento, a contração gravitacional triunfa a expansão espacial e puxa cada massa em direção a um único ponto, desenvolvendo-se em um buraco negro monstruoso.

Teoria do Big Bounce

A teoria chamada Big Bounce prevê que nosso universo brotou do colapso de um Universo anterior quando se desabou em uma singularidade e depois “recuou” para produzir o nosso. (Foto: Andrea Danti / Shutterstock)

O único ponto que alimenta esse buraco negro é conhecido como uma singularidade. É uma região de volume zero e densidade infinita e, portanto, gravidade infinita. Alguns cosmólogos acreditam que foi uma catástrofe que criou o nosso Universo. A teoria chamada  Big Bounce prevê que nosso universo brotou do colapso de um Universo anterior quando desabou em uma singularidade antes de “voltar para trás” para produzir o nosso.

As singularidades são fenômenos cosmológicos extremamente notórios. Atualmente, nenhum ramo da física pode explicar seu comportamento. Não só a Relatividade Geral de Einstein se destrói a uma escala infinitesimal, mas a física de partículas em uma densidade infinita também está além da compreensão do Modelo Padrão da física quântica. O Big Bounce viola especialmente a Relatividade Geral, pois parece não haver nenhuma razão aparente para que um buraco negro se transmute abruptamente em um buraco branco . Alguns acreditam que nosso raciocínio é incompleto e deve haver um campo novo e desconhecido que converta a contração em expansão.

raios cósmicos

Renderização de um raio cósmico Supermassive Black Hole (Photo Credit: Wikimedia Commons)

Uma teoria unificada , no entanto, poderia ser de alguma ajuda. A física envolvida, que é altamente esotérica, é uma combinação da física clássica e quântica chamada cosmologia quântica. Ele encontrou uma maneira de prever o “salto” sem encontrar uma singularidade.

Os cosmólogos quânticos especulam que o Big Crunch não se contraiu a uma singularidade, mas a um ponto primitivo, ligeiramente maior, de volume finito e densidade, onde os efeitos quânticos da gravidade atingiram seu zênite e tornaram-se tão repulsivos do que um Universo inteiramente novo que se recuperou dos mortos Como essa força repulsiva empurrou tudo de cima para cá.

A teoria foi inventada na década de 1960 e ganhou uma boa quantidade de tração nos anos 80 e início dos anos 90. Apesar de sua incapacidade de explicar como o Universo começou com uma baixa entropia, a teoria pode explicar como assumiu uma estrutura plana e uniforme. Na verdade, requer tempo de encaminhamento com entropia decrescente, que já mencionei, não é possível.

Os defensores da teoria do Big Bounce prevêem que o nascimento do nosso Universo faz parte de um ciclo recorrente de Crunches e Bangs. No entanto, um Big Crunch parece improvável, já que a Dark Energy está expandindo o Universo a taxas exorbitantes. A Heat Death parece ser mais plausível.

Multiverso

A Radiação de fundo de microondas cósmica (CMBR) registrada na década de 1960 foi uma prova indelével da ocorrência do Big Bang. Foi o calor residual, os primeiros raios de luz que emanavam dessa explosão, cujo comprimento de onda agora estava esticado para microondas. No entanto, os cosmólogos ficaram desconcertados com a uniformidade do mapa. A isotropia dá uma dica sobre por que o Universo é tão ordenado.

O CMBR é um mapa sumptuoso que representa prova indelével da ocorrência do Big Bang. Pode-se facilmente observar a uniformidade do mapa que implica a isotropia do Universo primordial. (Foto: AirBa ~ commonswiki / Wikimedia Commons)

Os objetos alcançam um equilíbrio de temperatura ao distribuir o calor para um objeto próximo ou seus arredores até que a temperatura abaixada e a temperatura elevada do recipiente se tornem iguais. No entanto, a uniformidade do mapa parece impossível, uma vez que a realização de um equilíbrio entre as distâncias astronômicas é limitada pela velocidade da luz – não pode ser alcançada instantaneamente.

Alan Guth propôs que um equilíbrio fosse rapidamente alcançado apenas momentos após o Big Bang quando as entidades atômicas estavam próximas. Segundo ele, o equilíbrio foi rapidamente alcançado por uma expansão exponencial do Universo. Ele inchou em menos de uma fração de segundo, assumindo a estrutura que agora vemos. Ele chamou esse fenômeno de inflação.

A inflação causou o espaço primordial para se expandir a uma taxa superior à velocidade da luz! Isso é permitido porque a Relatividade Especial impõe um limite aos objetos que viajam no espaço, mas não a expansão do próprio espaço.

A inflação não apenas explica lindamente como o Big Bang pode ter ocorrido, mas também pode explicar o que poderia ter causado. De acordo com a inflação, o espaço vazio experimenta continuamente pequenas flutuações quânticasaleatórias, onde os pares energizados de partículas e antipartículas podem surgir, desde que existam por um tempo infinitesimal antes de se aniquilarem instantaneamente. A inflação separa essas entidades antes de serem apagadas.

No entanto, pesquisadores na década de 1980 descobriram que a inflação é eterna – a expansão de velocidade maior que em algumas regiões, mas continua em outras. Isso sugere a formação de uma grade de universos ou um multiversoque imita bolhas de sabão concatenadas, onde nosso Universo é um deles, isolado de nossos vizinhos, que elude qualquer detecção.

Multiverso

(Foto: Silver Spoon / Wikimedia Commons)

O Multiverse apresenta um argumento convincente sobre como um universo de baixa entropia como o nosso poderia espremer através de um universo de entropia alta. As bolhas isoladas também explicam os números rígidos que as constantes universais assumiram, um problema que perturbou os físicos por um longo tempo.

Um multiverso implica que a inflação cria universos infinitos, cada um ilustrando propriedades diferentes, tudo isso pode ser rastreado para meras possibilidades . Por que então as leis da natureza são tão generosamente suspensas a nosso favor? Um pouco de infortúnio e as constantes teriam assumido um valor diferente, prejudicando nossa existência!

Até agora, a comunidade científica chegou a um consenso de que o Big Bang entrou em erupção a partir de uma singularidade, um ponto em que todas as leis da física se desintegram, tornando apenas relatos grosseiros de possibilidades além dela. Agora, sem uma Teoria de Tudo, uma teoria que, com sorte, unisse a física clássica e de partículas, a ciência só pode vencer o arbusto; não pode prever sem qualquer incerteza como nosso Universo começou.

Referências:

  1. Wikipedia
  2. Arxiv.org
  3. Phys.org
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