Big Bang

Geografia — Escrito por

Quando Edwin Hubble mediu o “red-shift”, ou deslocamento-para-o-vermelho, de galáxias distantes, várias das questões da cosmologia tiveram que ser revistas. Algumas puderam ser respondidas, mas muitas outras foram levantadas. Hubble dedicou a sua vida a medir sistematicamente o “red-shift” de centenas de milhares de galáxias, recém descobertas pelo novo telescópio Hale de 5 metros, em Monte Palomar, o maior do mundo na época. As medições de Hubble mostraram que, quanto mais longe estivesse uma galáxia, maior era seu desvio para o vermelho, o que indica uma maior velocidade de afastamento. Fazendo uma relação entre as velocidades de expansão e as distâncias de cada galáxia, foi encontrado um valor constante: a constante de Hubble. Aparentemente estaríamos no centro desta bolha em expansão.

Isto levantou imediatamente algumas questões:
– Será que tudo começou com a explosão de um “ovo cósmico”, onde toda a massa do universo estaria concentrada?
– Que tamanho teria este “ovo”? .
– Será que em algum ponto do futuro esta expansão vai cessar?
– O universo poderia se contrair, juntando tudo que existe em um novo “ovo cósmico”?
– Neste momento ocorreria uma nova explosão?
– Qual seria a massa deste “ovo cósmico”?

Uma explosão de tais proporções denominada Big Bang poderia ter criado tudo o que conhecemos, mas o mecanismo de sua ocorrência teria de ser melhor explicado. Sem uma denominação mais adequada, este fato foi chamado de Grande-explosão, ou Big-bang, como ficou consagrado.

Os cosmólogos se dividiram em uma saudável competição: enquanto alguns se dedicavam a tentar provar a ocorrência do Big-bang, outros desenvolveram teorias contra o fato, criando teorias alternativas.

À medida que modelos matemáticos são equacionados e testados em grandes computadores, outros pesquisadores, às vezes por um feliz acaso, encontram vestígios desta explosão. Os defensores da teoria, o russo George Gamow e o professor Robert Dicke, de Princeton, propuseram uma busca por um resquício desta explosão. Se no passado uma explosão de altíssima temperatura tivesse ocorrido, certamente existiriam traços quentes pelo espaço. Uma equipe de cientistas de Princeton iniciou uma busca por estes vestígios.

BIG BANG

Trabalhando em uma antena direcional para recepção de micro-ondas nos laboratórios Bell, Arno Pensias e Robert Wilson descobriram um ruído de fundo que perturbava suas medições. Este ruído parecia vir de qualquer lugar para onde fosse voltada a antena. Parecia indicar a radiação de um corpo com temperatura de 3 kelvins. Sem explicação para o fato, ele foi atribuído a alguma falha do receptor, ou excrementos de pombos na antena. Depois de muita pesquisa e limpeza da antena, Penzias e Wilson souberam dos trabalhos de pesquisa dos físicos de Princeton, e os convidaram para visitar suas instalações e mostraram o ruído que haviam encontrado. O professor Dicke imediatamente reconheceu o sinal como a radiação de fundo tão procurada. Esta era uma prova cabal da ocorrência do Big-bang. Observatórios colocados em órbita para eliminar a interferência da atmosfera, como o COBE já conseguiram medir detalhadamente esta radiação, inclusive com suas flutuações, que confirmam de maneira indubitável a origem do universo.

Mas e agora? Como explicar o que ocorreu?
Baseados em todos os dados e observações atuais, acreditamos que o Big-bang ocorreu a 15 bilhões de anos. Partindo do momento atual é fácil imaginar como era o universo há 14 bilhões de anos, há 10 bilhões, há um bilhão, etc, e ir regredindo, baseado nos modelos matemáticos, até que chegamos a um ponto onde nossa matemática começa a se mostrar insuficiente. Os primeiros obstáculos foram removidos com relativa facilidade, com a revisão de conceitos e sólidas teorias. A última conquista foi a teoria inflacionária de Alan Sandage, que conseguiu superar uma expansão acelerada logo após a explosão. A unificação da teoria da mecânica quântica ao universo macro parece iminente, e ao mesmo tempo inalcançável. Esta área está cada vez mais restrita, e acredita-se que apenas uma dúzia de pessoas no mundo consegue entender e discutir o estágio atual da pesquisa. A humanidade precisa buscar gênios que possam empurrar estas fronteiras para diante.

Os cosmólogos estão trabalhando agora com duas frentes. Alguns tentam regredir a minutos ou segundos após o Big-bang, enquanto outros tentam prever o que acontecerá no futuro.

A concentração de massa as temperaturas fantásticas existentes logo após a grande explosão tornam inválida a nossa concepção de espaço e de tempo. Até a matéria está sendo questionada. Como equacionar o problema de um fóton que foi criado e viajou 15 bilhões de anos para atingir nossos telescópios, se para ele, o fóton, que viaja à velocidade da luz não decorreu nenhum tempo? Sob o ponto de vista do fóton, ele acaba de ser criado!

Por outro lado, o universo vai continuar se expandindo? Qual o valor da constante de Hubble? Quanto mais precisamente conseguimos medir este número, mais incerto fica o destino do universo. Aparentemente a velocidade de expansão vai diminuir mas nunca vai parar.

Apenas para registro: o valor atualmente aceito para a constante de Hubble está em torno de 70, mas a todo momento aparecem argumentos para alteração para cima ou para baixo. Um valor mais baixo permitiria que o universo voltasse a se contrair, enquanto um valor maior indicaria sua expansão eterna.

A proposta do Big bang (ou Grande explosão) foi sugerida primeiramente pelo padre e cosmólogo belga Georges Lemaître (1894-1966), quando expôs uma teoria propondo que o universo teria tido um início repentino. No início era apenas uma atualização de uma arque-concepção bíblica que naturalmente já se abria em duas vertentes nada interessantes ‘o atomismo’ e a ‘criação’, com um futuro nada promissor, ambas teorias prometiam se diluir já no início. No entanto, com o passar do tempo o paradoxo do cosmólogo belga começou a tomar forma quando em 1929 as linhas espectrais da luz das galáxias observadas no observatório de Monte Palomar por Milton La Salle Humason começaram a revelar um afastamento progressivo para as galáxias mais distantes, com características de uma dilatação universal. Traduzida em números esta descoberta permitiu ao astrônomo Edwin Hubble encaixar uma progressão aritmética que mais tarde foi chamada de Constante de Hubble. Até hoje essa proporção aritmética é a régua cósmica indispensável aos cálculos dos cosmólogos do mundo inteiro.

O físico Albert Einstein apresentou em 1915 a teoria geral da relatividade que se identificava muito com o cenário de fundo do universo. Originalmente a teoria era apenas uma estimativa desenvolvida com cálculos matemáticos que propunha atender à implicação da não simultaneidade da propagação eletromagnética, que a partir da descoberta do padre Ole Christensen Roemer estabeleceu valores para a velocidade da luz. Através desta descoberta provou-se que acontecimento e fato não poderiam ser mais simultâneos como até então pensavam certos astrônomos, pois implicava em dizer que o acontecimento e o fato eram independentes e deveriam respeitar uma ordem, ou seja, o universo observável referia-se ao passado, quanto mais distante mais antigo.

Controvérsias
A teoria do Big Bang não é um acontecimento igual a uma explosão da forma que conhecemos, embora o universo observável com a ajuda das lentes dos modernos telescópios espaciais ainda descreva um resultado de explosão (uma fuga cósmica) não quer dizer que algo explodiu ou que uma explosão foi a causa dessa dilatação ainda observada. Dizem ainda que não faz nenhuma predição sobre a uniformidade do universo logo após a explosão.

Dessa forma, o que sabemos é que embora a Teoria do Big Bang seja a mais aceita hoje pelos cientistas, ela possui contradições que não podem explicar alguns pontos.

A grande explosão térmica

O Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) é um sistema de sensoreamento térmico da energia remanescente de fundo, ou ruído térmico de fundo do Universo conhecido. Esta imagem é um mapeamento em microondas do Universo conhecido cuja energia que chega ao sistema está reverberando desde 379000 anos depois do Big-bang, há 13 bilhões de anos (presume-se). A temperatura está dividida entre nuances que vêm do mais frio ao mais morno, do azul ao vermelho respectivamente, sendo o mais frio, a matéria ou o éter, onde a energia térmica de fundo está mais fria, demonstrando regiões mais antigas. A comparação, feita pelo autor da imagem, é como se tivéssemos tirado uma fotografia de uma pessoa de oitenta anos, mas, no dia de seu nascimento.

O Big Bang, ou grande explosão, também conhecido como modelo da grande explosão térmica, parte do princípio de Friedmann, onde, enquanto o Universo se expande, a radiação contida e a matéria se esfriam. Para entender a teoria do Big Bang, deve-se em primeiro lugar entender a expansão do Universo, de um ponto A para um ponto B, assim, podemos, a partir deste momento retroceder no espaço, portanto no tempo, até o Big Bang.

Temperatura e expansão
Como a temperatura é a medida da energia média das partículas, e esta é proporcional à matéria do universo, pressupõe-se que ao dobrar o tamanho do universo, sua temperatura média cairá pela metade. Logo, ao reduzir o tecido universal, portanto aumentando sua densidade, aquela dobrará; podemos ter um ponto de partida de temperatura máxima, e massa concentrada numa singularidade, que nos dará o tempo aproximado do início da aceleração da expansão do tecido universal, e sua gradual e constante desaceleração térmica. Para entender este processo, há que se usar um exemplo prático, pois a visão deve ser quadridimensional. Como os sentidos humanos somente percebem o espaço tridimensional, ilustrando a partir de um modelo em três dimensões fica mais compreensível.

Imaginemos uma bolha de sabão, suponhamos que esta bolha seja preenchida por um fluido, deixemos o fluido de lado e concentremo-nos na superfície propriamente dita da bolha. Esta no início é um ponto de água com sabão, por algum motivo desconhecido, que não importa, começa a aumentar através da inserção de um gás, tomando a forma esférica.

As estrelas ou corpos celestes marcados com círculos são os mais distantes, logo os mais antigos já observados pelos humanos. A coloração avermelhada é devida ao efeito Doppler. Quando um corpo se afasta, mais sua imagem puxa para o vermelho, e quando se aproxima, ao contrário é para o azul. Como o afastamento é quase para o vermelho de tonalidade mais escura, isto indica que o afastamento se dá em altíssimas velocidades, e suas distâncias estão beirando os treze bilhões de anos-luz, algo bastante próximo do Big-bang. Estas formações indicam um Universo infantil, onde as grandes galáxias (presumivelmente) ainda não se haviam formado.

Observemos que, na medida em que o ar penetra preenchendo seu interior (a exemplo de uma bexiga), começa a haver a expansão volumétrica do objeto, nos concentremos no diâmetro da bolha e na espessura da parede desta. Verificaremos que, à medida em que seu diâmetro aumenta, a espessura diminui, ficando mais e mais tênue, pois a matéria está se desconcentrando e se espalhando em todas as direções. O aumento do diâmetro da bolha é o universo em expansão, o aumento da área da superfície é a diminuição da densidade material, a redução da espessura da parede é a constante térmica que diminui à medida em que o universo se expande.

Modelo quadridimensional
No modelo quadridimensional, não existe a fronteira, ou a parede; o conceito é volumétrico no domínio tempo, portanto, só visualizável através de cálculo. Porém pode-se tentar mostrar algo sobre a quarta dimensão, basta um pouco de imaginação e uma boa dose de visualização tridimensional.

Modelo quadridimensional do Universo em expansão. Ao centro, está representada em amarelo a Via Láctea, os círculos coloridos excêntricos são todos os corpos celestes se afastando, azul para frente e vermelho para trás devido ao efeito Doppler, as esferas sem cor representam a posição real dos astros

Para que entendamos um objeto tridimensional em visualização bidimensional, temos que desenhá-lo de forma que enxerguemos uma parte de cada vez.

Imagine um ovo visto em duas dimensões, temos largura e profundidade, mas não temos noção da dimensão altura. Para que possamos representá-lo e entendê-lo, precisaremos fazer diversos desenhos no domínio da Altura, iniciando na parte mais baixa e assim por diante, representando círculos que, se vistos bidimensionalmente sobrepostos, apresentarão um círculo dentro do outro, semelhantes aos mapas topográficos.

Para a representação tridimensional no domínio do tempo, isto é, em quatro dimensões, porém representada em três, a analogia é semelhante. Podemos inclusive usar o mesmo ovo, porém , em vez de olharmos um círculo dentro de outro, representando a imagem topográfica, imaginemos um ovo dentro de outro, maior e maior, como se o fotografássemos em momentos em que estivesse inflando (naturalmente que a casca teria que ser elástica), assim temos uma visão quadridimensional num universo tridimensional, onde a superfície da casca deste ovo, aumentando a cada passar de tempo, seria a expansão quadridimensional do Universo.

O início da teoria da grande explosão
No início do século XX, a teoria do Big Bang, grande explosão, tornou-se a explicação da expansão do universo desde suas origens, no tempo, (arbitrando-se o conceito de que o tempo teve uma origem).

Segundo essa teoria, o universo surgiu há pelo menos dez bilhões de anos, a partir de um estado inicial de temperatura e densidade altamente elevadas. Embora essa explicação tenha sido proposta na década de 1920 por Alexander Friedmann e pelo abade Georges Lemaître, sua versão atual é da década de 1940 e deve-se sobretudo ao grupo de George Gamow.

Segundo Gamow, o Universo teria surgido após uma grande explosão resultante da compressão de energia.

Fonte: www.feiradeciencias.com.br

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