O universo se expandirá para sempre ou acabará se transformando em uma pequena partícula?
Um artigo publicado em junho sugere que a expansão infinita não é possível, e isso entusiasmou toda a comunidade da física.
"As pessoas reagem muito emocionalmente porque, se for descoberto e comprovado, será impressionante", disse Timm Vraze, físico da Universidade de Tecnologia de Viena.
Agora, Vraze e seus colegas publicaram um estudo separado que contrabalança o artigo anterior. Isso significa que a teoria de um universo em constante expansão ainda não pode ser descartada.
Energia escura e expansão do espaço
Nosso Universo está permeado por uma imensa força invisível que parece se opor à gravidade. Os físicos chamam essa força de energia escura. Acredita-se que é ela quem constantemente "empurra" nosso Universo para fora, provocando sua expansão.
Mas em junho, um grupo de físicos publicou um artigo afirmando que a energia escura muda com o tempo. Isso significa que o universo não se expandirá para sempre, mas pode eventualmente entrar em colapso para o tamanho que tinha antes do Big Bang.
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Quase imediatamente, os físicos descobriram as falhas da teoria: vários grupos independentes subsequentemente publicaram artigos propondo correções à hipótese. O artigo, publicado em 2 de outubro na revista Physical Review D, diz que tal como está, a hipótese original não pode ser justificada porque não pode explicar a existência do bóson de Higgs, que sabemos da existência do Large Hadron Collider. No entanto, segundo Vraze, coautor deste artigo, com alguns ajustes teóricos, a hipótese de um universo em colapso pode ainda ser viável.
Como explicamos tudo o que já existiu?
A teoria das cordas, às vezes chamada de teoria de tudo, é um modelo matematicamente elegante, mas não comprovado experimentalmente, para combinar a teoria da relatividade de Einstein com a mecânica quântica. A teoria das cordas pressupõe que todas as partículas que constituem o universo não são realmente pontos, mas cordas unidimensionais que vibram. As diferenças nessas vibrações nos permitem ver uma partícula como um fóton e outra como um elétron.
No entanto, para que a teoria das cordas seja uma explicação viável para o universo, ela deve incluir a energia escura.
De acordo com Vraze, você pode imaginar a energia escura como uma bola entre montanhas e vales, o que representa a quantidade de energia potencial. Se a bola estiver no topo de uma montanha, ela pode estar parada, mas pode rolar para baixo devido ao menor distúrbio, por isso é instável. Se a bola está no vale, não está se movendo, tem baixa energia e está em um universo estável, porque um forte empurrão faria com que ela rolasse para trás.
Teóricos que trabalham com a teoria das cordas há muito supõem que a energia escura é constante e imutável no universo. Em outras palavras, a bola está nos vales entre as montanhas, ela não rola dos picos das montanhas e não muda com o tempo.
Mas uma hipótese apresentada em junho sugere que, para a teoria das cordas funcionar, a paisagem não deve ter montanhas ou vales acima do nível do mar. (Neste conceito, nosso universo está acima do nível do mar, o que é uma metáfora para o ponto em que a energia escura começa a expandir o universo ou contraí-lo.)
Em vez disso, o terreno tem uma ligeira inclinação e a "bola de energia escura" rola para baixo. “À medida que desce, há cada vez menos energia escura”, disse Vraze. "A altura da bola corresponde à quantidade de energia escura em nosso universo."
Nesta teoria, a energia escura poderia eventualmente "deslizar" abaixo do nível do mar e começar a puxar o universo de volta ao seu tamanho anterior ao Big Bang.
Mas há um problema.
Foi demonstrado que tais picos de montanhas instáveis existem porque o bóson de Higgs existe, disse Wraze. E foi provado experimentalmente que as partículas de Higgs podem existir nesses picos das montanhas ("universos instáveis") e podem ser perturbadas ao menor toque.
Dificuldades com a estabilidade dos universos
Kamrun Wafa, que trabalha com teoria das cordas em Harvard e autor sênior da hipótese de junho, confirmou que, de fato, a hipótese original tem "dificuldades com universos instáveis". E os artigos subsequentes refletiram esse problema.
No entanto, de acordo com Vraze, mesmo que a hipótese seja revisada, “ainda não estaremos em um Universo estável - ao contrário, tudo o mais mudará”. De acordo com a versão revisada, os picos das montanhas podem existir, mas os vales estáveis não (imagine a forma da sela de um cavalo). A bola deve eventualmente começar a rolar e a energia escura deve mudar com o tempo.
Mas se a hipótese estiver completamente errada, então a energia escura pode ser constante, ficaremos em um vale entre duas montanhas e o universo continuará a se expandir.
Ele espera que nos próximos 10-15 anos, satélites que medem com mais precisão a expansão do universo nos ajudem a entender se a energia escura é constante ou está mudando. Wafa concordou: "Este é um período excitante na cosmologia e esperançosamente nos próximos anos veremos evidências experimentais da mudança da energia escura em nosso universo."
