Curiosidades

A gravidade existia antes do Big Bang?

Como diz a história, Sir Isaac Newton estava sentado debaixo de uma árvore, cuidando de seus próprios negócios, quando uma maçã inexplicavelmente caiu em sua cabeça. Em vez de amaldiçoar a árvore por esse comportamento traiçoeiro, o cientista se perguntou: o que fez a maçã cair? Por que a maçã não subiu? O que fez com que ele caísse sobre sua cabeça, em vez de simplesmente subir nas nuvens? Que força está puxando para baixo? Ele supôs que algo estranho deveria estar em ação.Essa linha de pensamento levou a uma das mais importantes descobertas da física – a força fundamental da gravidade.

Hoje aceitamos de todo o coração e incondicionalmente a existência da gravidade. É a força que mantém todos nós aterrados … literalmente. É a força que garante que permaneçamos firmemente na Terra em vez de nos desviar para o espaço. De pára-quedistas a saltos de bungee jump e montanhas-russas… todas essas experiências emocionantes só são possíveis em virtude da gravidade. Mesmo o movimento dos planetas ao redor do sol, a volta da lua ao redor da Terra e a formação de corpos celestes ocorrem devido à força de gravidade insistente.

No entanto, a gravidade realmente existiu para todos os tempos? E antes dotempo? Antes do conceito de tempo e espaço? A gravidade existiu antes do Big Bang? Para responder a estas perguntas profundas e pertinentes, devemos definitivamente esclarecer o básico.

O que é gravidade?

De acordo com Sir Isaac Newton, a gravidade é uma força de atração que existe entre quaisquer dois corpos – celestes ou não. Todo objeto no universo está exercendo uma força gravitacional sobre outros objetos, cuja força é diretamente proporcional à massa do objeto.

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A história popular por trás da descoberta da gravidade de Newton (Crédito da foto: bilha golan / Shutterstock)

Por exemplo, quando Newton sentou-se debaixo daquela árvore e a maçã caiu sobre sua cabeça, a maçã exerceu uma força de gravidade sobre a terra, mas devido à massa astronomicamente mais alta da Terra, o planeta ganhou neste cabo de guerra. Na verdade, nosso planeta vem ganhando esse constante jogo de cabo de guerra contra todos nós desde tempos imemoriais, o que nos leva à grande questão: esse cabo de guerra estava sendo jogado antes e durante o Big Bang?

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A grande explosão

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Fases do Big Bang (Crédito da foto: tashalex / Fotolia)

De acordo com o renomado cientista Stephen Hawking, toda a matéria no universo foi restrita a um espaço extremamente pequeno, dobrado e comprimido em cima de si mesmo. Este era um espaço de densidade e temperatura infinitas, conhecido como singularidade gravitacional. Continha literalmente toda a massa do universo e era uma bola quente e densa do tamanho de uma cabeça humana. Essa massa inflava como um gigantesco balão mais rápido que a velocidade da luz em um fenômeno popularmente chamado de Big Bang.

Agora alguns de vocês podem estar pensando, espere um minuto … mais rápido que a velocidade da luz?

Como você provavelmente já ouviu inúmeras vezes, nada pode ser mais rápido que a velocidade da luz … e você estaria certo. A teoria da relatividade de Einstein estabeleceu uma velocidade constante de luz, mas apenas fez essa suposição para um objeto viajando pelo espaço-tempo.

No caso do Big Bang, há uma diferença sutil. A explosão da criação implicou a expansão do próprio espaço, em vez do movimento de massa através do espaço. Por exemplo, imagine o próprio espaço como uma nave. Todos os objetos no universo são passageiros neste navio. A teoria da relatividade de Einstein afirma que o limite de velocidade para todos os passageiros no navio é a velocidade da luz. Ninguém na nave é capaz de se mover mais rápido que a luz.

No entanto, a teoria de Einstein não diz nada sobre a velocidade do próprio navio. O navio poderia se mover mais rápido que a velocidade da luz e ainda manter um limite de velocidade dentro de si. Assim, sem violar nenhuma lei da física, o Big Bang criou o universo infinitamente grande em que residimos hoje.

Gravidade antes do Big Bang?

Vamos voltar o relógio a uma hora, um segundo antes do Big Bang, logo antes que as rodas da criação fossem colocadas em movimento. Como mencionado anteriormente, todo o universo foi restringido a um espaço incrivelmente pequeno chamado singularidade. Ao redor, havia nada. A questão é: como o universo inteiro conseguiu permanecer dentro de um espaço tão restrito? Deve ter havido alguma coisa … alguma força segurando tudo junto.

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A impressão de um artista do universo segundos antes do big bang (singularidade) (Photo Credit: vchal / Shutterstock)

Neste caso, a resposta mais óbvia é a correta… gravidade! Havia uma força gravitacional infinita sendo exercida sobre toda a matéria, de tal modo que conseguiu manter todo o universo em uma singularidade gravitacional. Claro, isso é apenas uma teoria.

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Essa singularidade é apenas uma das explicações sobre o que estava presente antes do Big Bang baseado na teoria da relatividade de Einstein. Alguns cientistas criticaram essa ideia, já que ela não leva em conta a mecânica quântica. Quando começamos a medir partículas um milhão de vezes menores que a largura de um cabelo humano, entramos no reino quântico, que pode não ser necessariamente governado pelas leis tradicionais da física.

Basicamente, a qualquer momento antes do Big Bang é um pouco obscuro. O que quer que possamos prever sobre o tempo antes do Big Bang seria uma aproximação e nunca poderá ser 100% preciso. O que podemos fazer, no entanto, é fazer uma previsão mais informada durante o primeiro momento do Big Bang, quando todo o espaço-tempo explodiu.

Ondas gravitacionais

Einstein afirmou que se pode provar a existência de força gravitacional durante o Big Bang ao procurar ondas gravitacionais. Essas ondas podem ser entendidas como ondulações criadas por alguns dos eventos mais violentos e energéticos do universo.

Onda gravitacional

Ondulações no cosmos causadas por um evento cataclísmico no universo (Crédito da foto: NASA)

A teoria de Einstein mostrou que grandes eventos cataclísmicos poderiam romper o tecido do espaço-tempo, o que daria origem a “ondas” de tipos que irradiavam da fonte. Quanto mais violento for o evento, maior será a perturbação e, por sua vez, maior será a sua onda gravitacional. O que poderia ser um evento cosmológico maior do que o próprio Big Bang? Certamente, a expansão do universo a uma velocidade maior que a da luz levaria a ondas gravitacionais substancialmente fortes.

No entanto, uma vez que o universo é mais de 14 bilhões de anos, detectando uma onda que pode ter começado sua jornada que há muito tempo parece quase impossível. Seria necessário algum equipamento extremamente sensível que pudesse captar essas antigas ondulações. De fato, ondas gravitacionais que potencialmente se originaram do Big Bang teriam reduzido cerca de um bilhão de vezes em intensidade depois de todos esses anos. Os cientistas afirmam que o rompimento causado por essas ondas antigas seria menor que o tamanho do núcleo de um átomo.

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O experimento que provou isso de uma vez por todas

Tal experimento não foi possível até o ano de 2015. Em 14 de setembro de 2015, o LIGO – um laboratório dedicado à observação de ondas gravitacionais – conseguiu fazer contato físico com ondas gravitacionais. Seu aparato sensível foi capaz de detectar uma leve perturbação causada pela colisão de dois buracos negros a 1,3 bilhão de anos-luz de distância!

Ligo livingston aérea

O Laboratório LIGO opera dois locais de detectores, um perto de Hanford, no leste de Washington, e outro perto de Livingston, Louisiana. Esta foto mostra o local do detector de Livingston (Crédito da foto: Caltech / Wikimedia Commons)

O experimento no LIGO que detectou ondas gravitacionais finalmente deu prova empírica da existência de ondas gravitacionais. Tal prova concreta permitiu à comunidade científica extrapolar a existência dessas ondas causadas pelo primeiro evento cataclísmico – o Big Bang. Os mesmos detectores estão aguardando em antecipação para capturar as primeiras ondas gravitacionais que se originaram do Big Bang cerca de 14 bilhões de anos atrás. Assim, podemos estar razoavelmente seguros de que a gravidade existiu durante o Big Bang e os primeiros sinais dessa ondulação de 14 bilhões de anos irão eventualmente respaldar isso.

Por outro lado, se a gravidade existia antes do momento da criação ainda não pode ser provado conclusivamente, uma vez que não encontramos uma teoria definitiva para explicar o universo antes do surgimento do espaço-tempo. Talvez tenhamos que esperar que o próximo Einstein forneça um novo conjunto de equações inovadoras que possam explicar o estado do universo antes que o conceito de “espaço” existisse.

Gravidade após o Big Bang

Desde o instante após o Big Bang, a gravidade tem sido a mais prevalente das forças fundamentais no universo. Como mencionado anteriormente, varia em termos de intensidade, dependendo da massa de um objeto. Você e eu podemos não ser capazes de exercer um campo gravitacional tão forte quanto a Terra, mas é maravilhoso imaginar que estamos andando com nosso próprio campo gravitacional pessoal, interagindo com todos os outros objetos no mundo, lembrando-nos que realmente somos todos conectado!

Referências:

  1. Universidade de Oxford
  2. Hawking.org
  3. NASA
  4. Americano científico
  5. LIGO Caltech 

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