Enquanto houver humanidade, tanto e ela tentará entender a estrutura do universo. Sim, muitos dizem que isso é "rebuliço inútil", realmente não sabemos nada, e não aprenderemos nada nas próximas gerações, e talvez até antes do fim da civilização humana. Bem, talvez eles estejam certos, mas vamos especular …
A teoria do Big Bang se tornou um modelo cosmológico quase tão geralmente aceito quanto a rotação da Terra ao redor do Sol. De acordo com a teoria, cerca de 14 bilhões de anos atrás, oscilações espontâneas no vazio absoluto levaram ao surgimento do universo. Algo do tamanho de uma partícula subatômica se expandiu para tamanhos inimagináveis em uma fração de segundo. Mas, nessa teoria, existem muitos problemas pelos quais os físicos estão lutando, apresentando cada vez mais novas hipóteses.
Então, o que há de errado com a teoria do Big Bang?
O que há de errado com a teoria do big bang
1. DA TEORIA, segue-se que todos os planetas e estrelas foram formados a partir da poeira espalhada pelo espaço como resultado de uma explosão. Mas o que o precedeu não está claro: aqui nosso modelo matemático de espaço-tempo para de funcionar. O universo surgiu de um estado inicial singular ao qual a física moderna não pode ser aplicada. A teoria também não considera as causas da singularidade ou matéria e energia para sua ocorrência. Acredita-se que a resposta à questão da existência e origem da singularidade inicial será dada pela teoria da gravidade quântica.
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2. OS MODELOS MAIS COSMOLÓGICOS APRESENTAM que todo o universo é muito maior do que a porção observável - uma região esférica com um diâmetro de cerca de 90 bilhões de anos-luz. Vemos apenas aquela parte do Universo, cuja luz conseguiu chegar à Terra em 13,8 bilhões de anos. Mas os telescópios estão cada vez melhores, estamos detectando cada vez mais objetos distantes e até agora não há razão para acreditar que esse processo vá parar.
3. A PARTIR DO MOMENTO DA GRANDE EXPLOSÃO O UNIVERSO SE EXPANDE COM ACELERAÇÃO. O mistério mais difícil da física moderna é a questão do que causa a aceleração. De acordo com a hipótese de trabalho, o universo contém um componente invisível chamado "energia escura". A teoria do Big Bang não explica se o universo se expandirá indefinidamente e, em caso afirmativo, aonde isso levará - ao seu desaparecimento ou outra coisa.
4. EMBORA A MECÂNICA NEWTONIANA SE APRENDA PELA FÍSICA RELATIVISTA, não pode ser chamada de errônea. No entanto, a percepção do mundo e os modelos para descrever o universo mudaram completamente. A Teoria do Big Bang previu uma série de coisas que não eram conhecidas antes. Assim, se outra teoria vier em seu lugar, ela deve ser semelhante e expandir a compreensão do mundo.
Vamos nos concentrar nas teorias mais interessantes que descrevem modelos alternativos do Big Bang.
O universo é como a miragem de um buraco negro
O universo se originou do colapso de uma estrela em um universo quadridimensional, dizem cientistas do Perimeter Institute for Theoretical Physics. Os resultados de suas pesquisas foram publicados na Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann e Razi Purhasan dizem que nosso universo tridimensional se tornou uma espécie de "miragem holográfica" quando uma estrela quadridimensional entrou em colapso. Ao contrário da teoria do Big Bang, segundo a qual o universo surgiu de um espaço-tempo extremamente quente e denso, onde as leis padrão da física não se aplicam, a nova hipótese sobre o universo quadridimensional explica tanto as razões para a origem quanto sua rápida expansão
De acordo com o cenário formulado por Afshordi e seus colegas, nosso universo tridimensional é uma espécie de membrana que flutua por um universo ainda mais volumoso que já existe em quatro dimensões. Se neste espaço quadridimensional houvesse suas próprias estrelas quadridimensionais, elas também explodiriam, como as tridimensionais do nosso Universo. A camada interna se tornaria um buraco negro e a camada externa seria lançada no espaço.
Em nosso universo, os buracos negros são cercados por uma esfera chamada horizonte de eventos. E se no espaço tridimensional esta fronteira é bidimensional (como uma membrana), então no universo quadridimensional o horizonte de eventos será limitado por uma esfera que existe em três dimensões. Simulações de computador do colapso de uma estrela quadridimensional mostraram que seu horizonte de eventos tridimensional se expandirá gradualmente. É o que observamos, chamando o crescimento da membrana 3D de expansão do Universo, acreditam os astrofísicos.
Grande congelamento
Uma alternativa ao Big Bang poderia ser o Big Freeze. Uma equipe de físicos da Universidade de Melbourne, liderada por James Kvatch, apresentou um modelo do nascimento do Universo, que parece mais um processo gradual de congelamento de energia amorfa do que seu respingo e expansão em três direções do espaço.
Energia sem forma, de acordo com os cientistas, como a água, resfriou-se até a cristalização, criando as três dimensões espaciais e uma de tempo usuais.
A Teoria do Grande Congelamento lança dúvidas sobre a declaração atualmente aceita de Albert Einstein sobre a continuidade e suavidade do espaço e do tempo. É possível que o espaço tenha suas partes constituintes - blocos de construção indivisíveis como minúsculos átomos ou pixels em computação gráfica. Esses blocos são tão pequenos que não podem ser observados, porém, seguindo a nova teoria, podem ser detectados defeitos que devem refratar os fluxos de outras partículas. Os cientistas calcularam esses efeitos usando um aparato matemático e agora tentarão detectá-los experimentalmente.
Um universo sem começo ou fim
Ahmed Farag Ali, da Benha University, no Egito, e Sauria Das, da Lethbridge University, no Canadá, propuseram uma nova solução para o problema da singularidade, abandonando o Big Bang. Eles introduziram as idéias do famoso físico David Bohm na equação de Friedman que descreve a expansão do universo e o Big Bang. “É incrível que pequenas emendas possam potencialmente resolver tantos problemas”, diz Das.
O modelo resultante combina a relatividade geral e a teoria quântica. Não apenas nega a singularidade que precedeu o Big Bang, mas também não permite que o universo se contraia de volta ao seu estado original ao longo do tempo. De acordo com os dados obtidos, o universo tem tamanho finito e vida útil infinita. Em termos físicos, o modelo descreve o Universo preenchido por um fluido quântico hipotético, que consiste em grávitons - partículas que fornecem interação gravitacional.
Os cientistas também afirmam que suas descobertas são consistentes com as medições mais recentes da densidade do universo.
Inflação caótica sem fim
O termo "inflação" se refere à rápida expansão do universo, que ocorreu de forma exponencial nos primeiros momentos após o Big Bang. Por si só, a teoria da inflação não refuta a teoria do Big Bang, mas apenas a interpreta de forma diferente. Essa teoria resolve vários problemas fundamentais da física.
De acordo com o modelo inflacionário, logo após seu início, o Universo se expandiu exponencialmente por um período muito curto: seu tamanho dobrou muitas vezes. Os cientistas acreditam que em 10 a -36 graus de segundos, o Universo aumentou de tamanho em pelo menos 10 a 30-50 graus, e possivelmente mais. No final da fase inflacionária, o Universo foi preenchido com um plasma superquente de quarks livres, glúons, léptons e quanta de alta energia.
O conceito implica que existem muitos universos isolados no mundo com dispositivos diferentes.
Os físicos chegaram à conclusão de que a lógica do modelo inflacionário não contradiz a ideia do nascimento múltiplo constante de novos universos. As flutuações quânticas - as mesmas que deram origem ao nosso mundo - podem ocorrer em qualquer quantidade, desde que as condições sejam adequadas. É bem possível que nosso universo tenha emergido da zona de flutuação formada no mundo predecessor. Também é possível supor que em algum momento e em algum lugar de nosso Universo uma flutuação se formará, que "explodirá" um universo jovem de um tipo completamente diferente. Nesse modelo, os universos filhos podem florescer continuamente. Além disso, não é necessário que as mesmas leis físicas sejam estabelecidas nos novos mundos. O conceito implica que existem muitos universos isolados no mundo com dispositivos diferentes.
Teoria cíclica
Paul Steinhardt, um dos físicos que lançou as bases da cosmologia inflacionária, decidiu desenvolver ainda mais essa teoria. O cientista que dirige o Center for Theoretical Physics de Princeton, junto com Neil Turok do Perimeter Institute for Theoretical Physics, expôs uma teoria alternativa no livro Endless Universe: Beyond the Big Bang. Seu modelo é baseado em uma generalização da teoria das supercordas quânticas conhecida como teoria-M. Segundo ela, o mundo físico tem 11 dimensões - dez espaciais e uma temporal. Espaços de dimensões inferiores "flutuam" nele, as chamadas branas (abreviação de "membrana"). Nosso universo é apenas uma dessas branas.
O modelo de Steinhardt e Turok argumenta que o Big Bang ocorreu como resultado da colisão de nossa brana com outra brana - um universo desconhecido. Nesse cenário, as colisões ocorrem indefinidamente. De acordo com a hipótese de Steinhardt e Turok, outra brana tridimensional "flutua" ao lado de nossa brana, separada por uma pequena distância. Ele também se expande, se achata e se esvazia, mas depois de um trilhão de anos as branas começarão a convergir e, eventualmente, colidir. Isso irá liberar uma grande quantidade de energia, partículas e radiação. Este cataclismo lançará outro ciclo de expansão e resfriamento do Universo. Resulta do modelo de Steinhardt e Turok que esses ciclos estiveram no passado e certamente se repetirão no futuro. Como esses ciclos começaram, a teoria é silenciosa.
O universo é como um computador
Outra hipótese sobre a estrutura do universo diz que todo o nosso mundo nada mais é do que uma matriz ou um programa de computador. A ideia de que o universo é um computador digital foi proposta pela primeira vez pelo engenheiro alemão e pioneiro da computação Konrad Zuse em seu livro Calculating Space. Entre aqueles que também viram o universo como um computador gigante estão os físicos Stephen Wolfram e Gerard 't Hooft.
Os teóricos da física digital assumem que o universo é essencialmente informação e, portanto, computável. Conclui-se dessas suposições que o Universo pode ser visto como o resultado de um programa de computador ou dispositivo de computação digital. Este computador pode ser, por exemplo, um autômato celular gigante ou uma máquina de Turing universal.
O princípio da incerteza na mecânica quântica é chamado de prova indireta da natureza virtual do universo.
De acordo com a teoria, todo objeto e evento do mundo físico vem de fazer perguntas e registrar respostas "sim" ou "não". Ou seja, por trás de tudo o que nos rodeia, esconde-se um determinado código, semelhante ao código binário de um programa de computador. E somos uma espécie de interface através da qual surge o acesso aos dados da “Internet universal”. O princípio da incerteza na mecânica quântica é chamado de prova indireta da natureza virtual do Universo: partículas de matéria podem existir em uma forma instável e são "fixadas" em um estado específico apenas quando observadas.
O seguidor da física digital John Archibald Wheeler escreveu: “Não seria irracional imaginar que a informação está no núcleo da física, bem como no núcleo de um computador. Tudo desde um pouco. Em outras palavras, tudo o que existe - cada partícula, cada campo de força, até mesmo o próprio continuum espaço-tempo - obtém sua função, seu significado e, em última instância, sua própria existência."
Escritor de textos Artem Luchko
