Nosso Universo se originou 13,7 bilhões de anos atrás, gerado pelo Big Bang, e há várias gerações os cientistas vêm tentando entender esse fenômeno.
No final dos anos 20 do século XX, Edwin Hubble descobriu que todas as galáxias que vemos se espalham - como fragmentos de uma granada após uma explosão, ao mesmo tempo que o astrônomo e teólogo belga Georges Lemaitre apresentava sua hipótese (em 1931 foi publicada nas páginas da "Nature") Ele acredita que a história do universo começou com a explosão do "átomo primário", e isso deu origem ao tempo, espaço e matéria (antes, no início dos anos 1920, o cientista soviético Alexander Fridman, analisando as equações de Einstein, também chegou à conclusão de que "O universo foi criado a partir de um ponto" e levou "dezenas de bilhões de nossos anos habituais").
No início, os astrônomos rejeitaram veementemente o raciocínio do teólogo belga. Porque a teoria do Big Bang estava perfeitamente combinada com a crença cristã em Deus o Criador. Por dois séculos, os cientistas suprimiram a penetração na ciência de qualquer tipo de especulação religiosa sobre o "início de todos os começos". E agora Deus, expulso da natureza sob o balanço medido das rodas da mecânica newtoniana, retorna inesperadamente. Ele está vindo nas chamas do Big Bang, e é difícil pensar em uma imagem mais triunfante de sua aparência.
No entanto, o problema não estava apenas na teologia - o Big Bang não obedeceu às leis das ciências exatas. O momento mais importante da história do Universo estava além da compreensão. Nesse ponto singular (especial), localizado no eixo do espaço-tempo, a teoria geral da relatividade deixou de funcionar, pois pressão, temperatura, densidade de energia e curvatura do espaço se precipitaram para o infinito, ou seja, perderam todo o significado físico. Nesse ponto, todos esses segundos, metros e unidades astronômicas desapareceram, transformados não em zero, não em valores negativos, mas em sua completa ausência, em absoluta falta de sentido. Esse ponto é uma lacuna que não pode ser superada nas estacas da lógica ou da matemática, um buraco no tempo e no espaço.
Foi somente no final dos anos 1960 que Roger Penrose e Stephen Hawking mostraram de forma convincente que, dentro da estrutura da teoria de Einstein, a singularidade do Big Bang é inevitável. No entanto, isso não poderia facilitar o trabalho dos teóricos. Como descrever o Big Bang? Qual foi, por exemplo, a causa deste evento? Afinal, se antes dele não havia tempo algum, então parecia não haver razão para que ele nascesse.
Como entendemos agora, para criar uma teoria completa do Big Bang, é necessário vincular a doutrina de Einstein, que descreve o espaço e o tempo, com a teoria quântica, que trata das partículas elementares e suas interações. Provavelmente, pode levar mais de uma década antes que seja possível fazer isso e derivar uma única "fórmula do universo".
E onde, por exemplo, poderia aparecer a enorme quantidade de energia que deu origem a essa explosão de poder incrível? Talvez tenha sido herdado por nosso Universo de seu antecessor, que se transformou em um ponto singular? No entanto, onde ela conseguiu isso? Ou foi a energia derramada no vácuo primordial, do qual nosso Universo saiu como uma "bolha de espuma"? Ou os universos da geração mais velha transferem energia para os universos da geração mais jovem por meio de buracos negros - aqueles pontos singulares - em cujas profundezas, talvez, nascem novos mundos que nunca veremos? Seja como for, o Universo em tais modelos aparece como um "sistema aberto", o que não corresponde exatamente à imagem "clássica" do Big Bang: "Não havia nada e de repente o universo nasceu."
O universo no momento da formação estava em um estado extremamente denso e quente.
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Ou talvez, segundo alguns dos pesquisadores, nosso Universo seja geralmente … desprovido de energia, ou melhor, sua energia total é zero? A energia positiva da radiação emitida pela matéria se sobrepõe à energia negativa da gravidade. Mais e menos dá zero. Este notório “0” parece ser a chave para a compreensão da natureza do Big Bang. Dele - do "zero", do "nada" - tudo nasceu instantaneamente. Por acaso. Espontaneamente. Somente. Um desvio insignificante de 0 deu origem a uma avalanche universal de eventos. Também se pode fazer essa comparação: uma bola de pedra, equilibrando-se no topo de algum Chomolungma fino como uma torre, de repente balançou e rolou para baixo, criando uma "avalanche de eventos".
1973 - o físico Edward Trion, da América, tenta descrever o processo de nascimento do nosso universo, usando o princípio da incerteza de Heisenberg, um dos fundamentos da teoria quântica. De acordo com este princípio, quanto mais precisamente nós, por exemplo, medimos a energia, mais incerto o tempo se torna. Portanto, se a energia for estritamente zero, o tempo pode ser arbitrariamente longo. Tão grande que, mais cedo ou mais tarde, surgirá uma flutuação no vácuo quântico de onde o Universo vai nascer. Isso levará ao rápido crescimento do espaço, aparentemente do nada. “Acontece que às vezes os Universos nascem, só isso”, Trion explicou simplesmente o pano de fundo do Big Bang. Foi uma grande explosão aleatória. Isso é tudo.
O Big Bang poderia acontecer novamente?
Estranhamente, sim. Vivemos em um universo que ainda pode dar frutos e dar origem a novos mundos. Vários modelos foram criados para descrever os "Big Bangs" do futuro.
Por que, por exemplo, no mesmo vácuo que deu origem ao nosso Universo, não aparecem novas flutuações? Talvez, ao longo desses 13,7 bilhões de anos, um inumerável conjunto de mundos tenha aparecido próximo ao nosso universo, que não se tocaram de forma alguma. Eles têm diferentes leis da natureza, existem diferentes constantes físicas. Na maioria desses mundos, a vida nunca poderia surgir. Muitos deles morrem imediatamente, entram em colapso. Mas em alguns Universos - por puro acaso! - existem condições sob as quais a vida é capaz de se originar.
Mas a questão não está apenas no vácuo que permanece antes do início de "todos os tempos e povos". Flutuações repletas de mundos futuros também podem surgir em um vácuo que é difundido em nosso Universo - mais precisamente, na energia escura que o preenche. Esse tipo de modelo de "Universo em renovação" foi desenvolvido pelo cosmólogo americano, natural da União Soviética, Alexander Vilenkin. Esses novos "big bangs" não nos ameaçam. Eles não vão destruir a estrutura do Universo, não vão queimá-la até as cinzas, mas apenas criar um novo espaço além dos limites de nossa observação e compreensão. Talvez, tais "explosões", marcando o nascimento de novos mundos, ocorram nas profundezas de inúmeros buracos negros que pontuam o espaço, acredita o astrofísico americano Lee Smolin.
Outro nativo da URSS, residente no Ocidente, o cosmólogo Andrei Linde acredita que nós mesmos somos capazes de criar um novo Big Bang, tendo coletado em algum ponto do espaço uma enorme quantidade de energia excedendo um certo limite crítico. De acordo com seus cálculos, os engenheiros espaciais do futuro poderiam pegar uma pitada invisível de matéria - apenas alguns centésimos de miligrama - e condensá-la a tal ponto que a energia desse coágulo será de 1.015 gigalectronvolts. Um minúsculo buraco negro se formará, que começará a se expandir exponencialmente. Isso criará um “universo filho” com seu próprio espaço-tempo, separando-se rapidamente de nosso universo.
… Existem muitas coisas fantásticas na natureza do Big Bang. Mas a validade dessa teoria é comprovada por uma série de fenômenos naturais. Isso inclui a expansão observada do Universo, a imagem da distribuição dos elementos químicos, bem como a radiação cósmica de fundo, que é chamada de "relíquia do Big Bang".
Antes do Big Bang?
O mundo não existe para sempre. Ele se originou nas chamas do Big Bang. No entanto, esse foi um fenômeno único na história do espaço? Ou um evento recorrente como o nascimento de estrelas e planetas? E se o Big Bang for apenas uma fase de transição de um estado de Eternidade para outro?
Muitos físicos dizem que inicialmente havia algo e não nada. Talvez nosso universo - como outros - tenha nascido de um vácuo quântico elementar. Mas não importa o quão “mínimo simples” tal estado seja - e as leis da física não permitem que exista menos do que um vácuo quântico - ele não pode ser chamado de “Nada”.
Talvez o Universo que vemos seja apenas outro estado agregado de Eternidade? E o arranjo bizarro de galáxias e aglomerados de galáxias - algo como uma rede de cristal, que no mundo n-dimensional que existia antes do nascimento de nosso Universo, tinha uma estrutura completamente diferente e que possivelmente foi prevista pela "fórmula para tudo" que Einstein estava procurando? E será encontrado nas próximas décadas? Os cientistas estão espiando intensamente através da parede do Desconhecido, que isolou nosso universo, tentando entender o que aconteceu um momento antes, de acordo com nossas idéias usuais, não havia absolutamente nada. Que formas do cosmos Eterno podem ser imaginadas dotando tempo e espaço com aquelas qualidades que são inconcebíveis em nosso universo?
Algumas das teorias mais promissoras nas quais os físicos estão tentando espremer uma Eternidade inteira são talvez a teoria da geometria quântica, dinâmica do spin quântico ou gravidade quântica. As maiores contribuições para o seu desenvolvimento foram feitas por Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin e Thomas Thiemann. Todas essas são as mais complexas construções físicas, palácios inteiros erguidos a partir de fórmulas e hipóteses, apenas para esconder a descoberta escondida em sua profundidade e escuridão, a singularidade do tempo e do espaço.
A era da singularidade
Os caminhos tortuosos de novas teorias nos forçam a ultrapassar as verdades aparentemente óbvias. Assim, na geometria quântica, o espaço e o tempo, antes infinitamente fragmentados, repentinamente se dividem em ilhas separadas - porções, quanta, menos do que nada. Todos os pontos singulares podem ser embutidos nessas "pedras". O próprio espaço-tempo se transforma em um entrelaçamento de estruturas unidimensionais - uma "rede de spins", ou seja, torna-se uma estrutura discreta, uma espécie de cadeia, tecida a partir de elos separados.
O volume do menor loop de espaço possível é de apenas 10-99 centímetros cúbicos. Esse valor é tão pequeno que em um centímetro cúbico há muito mais quanta de espaço do que esses mesmos centímetros cúbicos no Universo que observamos (seu volume é de 1085 centímetros em um cubo). Não há nada dentro dos quanta do espaço, nenhuma energia, não importa - assim como dentro de um ponto matemático - por definição - não há triângulo ou icosaedro. Mas se aplicarmos a hipótese do "tecido submicroscópico do universo" para descrever o Big Bang, obteremos resultados surpreendentes, como mostraram Abei Ashtekar e Martin Bojovald, da Universidade da Pensilvânia.
Se substituirmos as equações diferenciais na teoria padrão da cosmologia, que pressupõe um fluxo contínuo do espaço, por outras equações diferenciais decorrentes da teoria da geometria quântica, então a misteriosa singularidade desaparece. A física não termina onde o Big Bang começa - esta é a primeira conclusão encorajadora dos cosmologistas, que se recusaram a aceitar as propriedades do universo que vemos como a verdade última.
Na teoria da gravidade quântica, presume-se que nosso Universo (como todos os outros) nasceu como resultado de uma flutuação aleatória do vácuo quântico - um ambiente macroscópico global no qual não havia tempo. Cada vez que uma flutuação de certo tamanho aparece em um vácuo quântico, um novo Universo nasce. Ele “se ramifica” do ambiente homogêneo no qual foi formado e começa sua própria vida. Agora ela tem sua própria história, seu próprio espaço, seu próprio tempo, sua própria flecha de tempo.
Na física moderna, uma série de teorias foram criadas que mostram como de um ambiente eternamente existente, onde não há Macrotime, mas em alguns pontos em que seu microtime flui, um mundo tão grande pode surgir, como o nosso.
Por exemplo, os físicos Gabriele Veneziano e Maurizio Gasperini da Itália, dentro da estrutura da teoria das cordas, sugerem que o chamado "vácuo das cordas" existia originalmente. Flutuações quânticas aleatórias levaram ao fato de que a densidade de energia atingiu um valor crítico, e isso causou um colapso local. Que terminou com o nascimento do nosso Universo do vácuo.
No âmbito da teoria da geometria quântica, Abei Ashtekar e Martin Bojovald mostraram que o espaço e o tempo podem surgir de estruturas fundamentais mais primitivas, nomeadamente "redes de spin".
Eckhard Rebhan da Universidade de Düsseldorf e - independentemente dele - George Ellis e Roy Maartens da Universidade da Cidade do Cabo desenvolvem a ideia de um "universo estático", que foi contemplado por Albert Einstein e o astrônomo britânico Arthur Eddington. Em sua busca para dispensar os efeitos da gravidade quântica, Rebhan e seus colegas inventaram um espaço esférico no meio de um vazio eterno (ou, se preferir, a eternidade vazia), onde não há tempo. Devido a alguma instabilidade, um processo inflacionário se desenvolve aqui, o que leva a um Big Bang quente.
Claro, os modelos listados são especulativos, mas eles correspondem fundamentalmente ao nível moderno de desenvolvimento da física e aos resultados das observações astronômicas das últimas décadas. Em todo caso, uma coisa é certa. O Big Bang foi um evento mais comum e natural, e não único.
Esse tipo de teoria nos ajudará a entender o que poderia ter acontecido antes do Big Bang? Se o universo nasceu, o que o gerou? Onde a “marca genética” de seu pai aparece nas teorias modernas da cosmologia? 2005 - Abei Ashtekar, por exemplo, tornou públicos os resultados de seus novos cálculos (Tomasz Pavlovsky e Paramprit Singh ajudaram a fazê-los). A partir deles ficou claro que, se as premissas iniciais estão corretas, então o mesmo espaço-tempo existia antes do Big Bang e depois desse evento. A física do nosso universo, como se fosse um espelho, foi refletida na física do outro mundo. Nesses cálculos, o Big Bang, como uma tela de espelho, corta a Eternidade, colocando-se ao lado do incompatível - a natureza e seu reflexo. E o que é autenticidade aqui, o que é um fantasma?
A única coisa que pode ser vista "do outro lado do espelho" é que o Universo não estava se expandindo naquele momento, mas sim se contraindo. O Big Bang se tornou o ponto de seu colapso. Nesse momento, o espaço e o tempo foram interrompidos por um momento para voltarem a ser refletidos - para continuar - a surgir como uma fênix no mundo que já nos é familiar, esse universo, que medimos com nossas fórmulas, códigos e números. O universo literalmente se virou do avesso, como uma luva ou uma camisa, e tem se expandido continuamente desde então. O Big Bang não foi, de acordo com Ashtekar, "a criação de todo o Universo do Nada", mas foi apenas uma transição de uma forma dinâmica de Eternidade para outra. Talvez o Universo esteja passando por uma série infinita de "big bangs", e essas dezenas de bilhões (ou o que quer que seja) de anos separando suas fases individuais são apenas períodos da "sinusóide cósmica"de acordo com as leis das quais o universo vive?
Recomendado para visualização: "Quem criou o universo? O Big Bang - uma explicação científica importante: todos os argumentos"
A. Volkov
