27/08/2020
O universo poderia entrar em colapso em uma singularidade? Novo estudo explica como.
O universo existiu para sempre? Nesse caso, talvez esteja saltando para frente e para trás em um ciclo interminável de big bangs em que toda a matéria borbulha em uma singularidade, seguida por grandes crunches, em que tudo é engolido novamente para formar aquele ponto denso do qual o universo renasce . E o ciclo continua indefinidamente.
A matemática dessas teorias, no entanto, nunca funcionou de uma maneira que pudesse nos dizer se nosso universo é cíclico ou tem um começo e um fim. Mas recentemente, uma equipe de teóricos invocou os poderes da chamada teoria das cordas para resolver alguns quebra-cabeças fundamentais do universo primitivo. O resultado pode nos dar o impulso teórico necessário para construir um universo do zero e, portanto, sustentar um universo que se repete.
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Pintando a imagem
Se você deseja construir seu próprio modelo teórico privado do universo, fique à vontade. Ninguém jamais o impedirá de fazer sua própria cosmologia. Mas se você quiser jogar o jogo do universo, terá de jogar de acordo com suas regras. Isso significa que não importa o que seu modelo de cosmos contenha, você terá que confrontar algumas evidências observacionais sólidas e frias.
Por exemplo, sabemos que vivemos em um universo em expansão, no qual galáxias e estrelas estão voando para longe de nós a uma taxa cada vez maior. Os cientistas podem dizer isso usando diferentes tipos de técnicas para calcular a velocidade com que galáxias em distâncias diferentes de nós estão se afastando. Também temos fotos do universo bebê, quando ele tinha apenas 380.000 anos (e eu realmente quero dizer "bebê", já que o universo tem atualmente 13,8 bilhões de anos).
Dentro da imagem do bebê, vemos padrões interessantes - pequenas manchas e manchas que revelam a existência de pequenas diferenças de temperatura e pressão naquele jovem universo.
Somos capazes de explicar todas essas observações (e mais) com o que é chamado de cosmologia do Big Bang, bem como uma ideia adicional conhecida como inflação, que é um processo que achamos que aconteceu quando o universo tinha menos de um segundo de idade. Durante esse processo (que levou a menor fração de segundo), o universo se tornou muito, muito maior, pegando as diferenças quânticas e tornando-as maiores no processo. Essas diferenças eventualmente aumentaram, já que manchas ligeiramente mais densas tinham uma gravidade um pouco mais forte, tornando-as maiores. Com o tempo, essas diferenças se tornaram grandes o suficiente para serem impressas como manchas na imagem do universo infantil (e bilhões de anos depois, coisas como estrelas e galáxias, mas esta é uma história separada).
Rei do universo primitivo
Cansado da Teoria do Big Bang e quer sua própria versão de cosmologia? Ok, mas você terá que explicar coisas como a expansão do universo e as manchas na imagem do bebê do cosmos. Em outras palavras, você precisa explicar o universo melhor do que a inflação.
Parece fácil, mas não é. As diferenças de pressão, densidade e temperatura nos primeiros anos do universo atormentaram muitas cosmologias alternativas, incluindo uma das ideias mais populares do tipo vamos-maior-que-o-big-bang, conhecida como (você está pronto para isso ), Universo ekpirótico. A palavra ekpirótico vem do grego para a palavra "conflagração", que se refere a uma antiga ideia filosófica de um universo em constante repetição.
No cenário Ekpirótico, o universo ... se repete constantemente. Desta perspectiva, estamos atualmente em uma fase de "explosão", que eventualmente (de alguma forma) vai desacelerar, parar, reverter e reduzir a pressão e temperaturas incrivelmente altas. Então, o universo irá (de alguma forma) se recuperar e reacender em uma nova fase do big bang.
O problema é que é difícil replicar as manchas e manchas na imagem do universo do bebê em um universo ecpirótico. Quando tentamos reunir alguma física vaga para explicar o ciclo crunch-bounce-bang (e eu enfatizo "vago" aqui, porque esses processos envolvem energias e escalas que não estamos nem perto de compreender com a física conhecida), tudo sai um muito ... bom. Sem solavancos. Sem meneios. Sem manchas. Sem diferenças de temperatura, pressão ou densidade.
E isso não significa apenas que as teorias não correspondem às observações do universo primitivo. Isso significa que essas cosmologias não levam a um universo cheio de galáxias, estrelas ou mesmo pessoas.
Então, isso é uma chatice.
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S-brane salva o dia
O nome do jogo nos últimos anos das teorias ecpiróticas é tentar combinar as mesmas observações que a inflação faz. Na última tentativa de superar esse obstáculo e tornar as cosmologias ecpiróticas pelo menos um tanto respeitáveis, uma equipe de pesquisadores invoca ninguém menos que S-brana.
Certo. S-branas. Então você já ouviu falar da teoria das cordas, certo? Este é o universo da física fundamental, onde cada partícula é, na verdade, uma minúscula corda vibrante. Mas, alguns anos atrás, os teóricos perceberam que as cordas não precisam ser unidimensionais. E o que eles chamam de corda multidimensional? Uma brana.
Quanto à parte "S"? Bem, a maioria das branas na teoria das cordas pode vagar livremente no espaço e no tempo, mas a hipotética S-brana pode existir apenas em um instante no tempo, sob condições muito especiais.
Nesse novo cenário ecpirótico, quando o universo estava em sua configuração menor e mais densa possível, uma S-brana apareceu, desencadeando a reexpansão de um cosmos cheio de matéria e radiação (um big bang) e com pequenas variações de temperatura e pressão ( dando origem às manchas bem conhecidas nas imagens de bebês no universo). É o que três físicos propõem em um novo artigo publicado online em julho para o servidor de pré-impressão arXiv, o que significa que o artigo ainda não foi revisado por pares.
Esta ideia está correta? Quem sabe. A teoria das cordas tem estado em um gelo teórico fino recentemente, já que experimentos como o Large Hadron Collider não conseguiram encontrar qualquer evidência para uma teoria conhecida como supersimetria, que é um fundamento crítico da teoria das cordas. E o próprio conceito de S-branas é uma ideia controversa dentro da comunidade da Teoria das Cordas, uma vez que não se sabe exatamente se as branas poderiam existir apenas em um momento no tempo.
Há também o fato de que não apenas o universo como o conhecemos está se expandindo, mas está acelerando em expansão, sem nenhum sinal de desaceleração (muito menos de colapso) em breve. Descobrir o que poderia fazê-lo pisar no freio e inverter o curso, então, é complicado.
Ainda assim, ideias ecpiróticas (e outras) valem a pena explorar, porque os primeiros momentos do universo fornecem algumas das questões mais intrigantes e desafiadoras para a física moderna.
Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Flatiron Institute, apresentador de Ask a Spaceman e Space Radio, e autor de Your Place in the Universe.
Originalmente publicado na Live Science.
Uma ilustração do Big Bang e da expansão do universo. (Crédito da imagem: Shutterstock)
