De todos os conceitos e tópicos discutidos, o Big Bang é o conceito mais controverso. Certamente, essa é uma teoria científica bastante antiga que está presente desde os anos 40 e, desde os anos 60, houve uma miríade de evidências a seu favor. A ideia é simples: o universo teve um começo. Ela fez aniversário. Houve um dia que não teve “ontem”, em que a matéria, a radiação e o Universo em expansão e resfriamento, conhecidos por nós, não existiam até um certo ponto no tempo. E ainda estamos aqui. O que causa uma enxurrada de perguntas em qualquer mente curiosa. Um de nossos leitores apenas pensa assim, e ele quer saber:
Existem teorias ou experimentos que podem calcular e provar nossa localização no espaço em relação ao ponto do Big Bang? Penso que, uma vez que as nossas capacidades de observação são muito limitadas da posição do nosso planeta, não será fácil determinar a curvatura do espaço. Por que achamos que o Big Bang ocorreu em algum momento no espaço tridimensional? Por que pensamos que o universo é uma esfera?
Essas são perguntas muito boas, e todas demonstram uma visão comum das pessoas sobre o universo. Mas essas idéias são verdadeiras?
A evolução das estruturas em larga escala do universoMuitas vezes pensamos que o Big Bang foi uma verdadeira explosão. E o Universo realmente parecia uma bola de fogo enorme, energética e em expansão nos estágios iniciais.
• Estava cheio de partículas e antipartículas de vários tipos, além de radiação.
• Tudo isso expandido e todas as partículas, antipartículas e quanta de radiação foram separados um do outro.
• Tudo isso esfriou e desacelerou à medida que se expandia.
Realmente soa como uma explosão. De fato, se você pudesse ser transportado para esses primeiros momentos e, de alguma forma, protegido de toda essa energia, haveria até um som que você poderá ouvir graças ao próximo vídeo.
Mas não é sem razão que eu uso a palavra "expansão" em vez de "explosão", descrevendo esse fenômeno. Uma explosão é o que acontece em um ponto no espaço, do qual os fragmentos voam para longe. Uma supernova é uma explosão; uma explosão de raios gama é uma explosão; a detonação de uma bomba é uma explosão; uma granada é uma explosão.
Visão artística da explosão da supernova de 1993J na galáxia M81Mas o Big Bang não é uma explosão [em inglês, o Big Bang, o Big Bang, significa literalmente “Big Cotton” - aprox. transl.]. Falando do “Big Bang quente”, temos em mente o primeiro momento em que o Universo pode ser descrito como um estado contendo partículas, antipartículas e radiação. A partir desse momento, o Universo começou a se expandir e esfriar de acordo com as leis da Teoria Geral da Relatividade, e seguimos o caminho de destruir a antimatéria, a formação de núcleos atômicos e átomos neutros, e como resultado de estrelas, galáxias e estruturas em grande escala hoje visíveis. A chave da primeira pergunta é entender exatamente o que o Universo estava fazendo neste momento: no momento em que podemos descrever pela primeira vez, contando com essa plataforma do quente Big Bang.
Até onde sabemos, não havia um ponto de partida especial. Não havia "fonte" de onde o universo começou. Toda a evidência fala de uma contra-ideia, mas a partir desta conclusão não menos verdadeira: o Big Bang aconteceu em todos os lugares simultaneamente. Há muitas evidências para isso, e o próprio universo as dá para nós. O Universo, a julgar pelas estruturas de grande escala, aglomerados de galáxias, o aparecimento do brilho do Big Bang, a densidade média do cosmos ao longo de várias centenas de milhões de anos-luz etc., nos dá dois fatos observáveis importantes. Suas propriedades são as mesmas em todos os lugares e têm a mesma aparência em todas as direções. Fisicamente falando, o Universo é homogêneo e isotrópico.
Tais características do Universo não podem ser obtidas com a ajuda de uma explosão - e esse é o ponto. Em uma explosão, os fragmentos que se movem mais rapidamente são os mais distantes, mas também os mais dispersos no espaço. Quanto maior a distância, menor deveria ter havido galáxias por unidade de volume - mas no Universo não é assim. No caso de uma explosão, pode-se indicar explicitamente seu ponto de partida. O universo funciona para que esse ponto esteja a apenas alguns milhões de anos-luz da Via Láctea, na fronteira de um grupo local. Estatisticamente, as chances de chegar a esse ponto, dada a presença de mais de 170 bilhões de galáxias no Universo, são 100 vezes menores do que ganhar na loteria Powerball ou Mega Millions.
O fato de o Universo ser homogêneo e isotrópico sugere que o Big Bang aconteceu em um momento, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, e em todos os lugares o mesmo. Mas não podemos vê-lo em todos os lugares. Nós o vemos apenas onde estamos. Nossa análise é limitada. Portanto, muitas vezes você pode ver ilustrações semelhantes: como nosso Universo é visto do nosso ponto, conosco no centro.
A visão do artista do universo observável em escala logarítmicaMas isso não significa que o universo é uma esfera! De fato, podemos medir a forma do universo e impor-lhe algumas restrições. Se você sair e enviar seus dois amigos em duas direções diferentes, para que possam se ver, os três formarão um triângulo. Cada um de vocês poderá medir o ângulo aparente entre os outros dois. Depois disso, você pode adicionar esses ângulos e obter 180º - esta é a soma dos ângulos do triângulo.
Qualquer triângulo em um espaço plano.
Mas o espaço não precisa ser plano! Pode ter curvatura negativa, como a superfície de uma sela, quando a soma dos ângulos for menor que 180º. Pode ser curvada positivamente, como a superfície de uma esfera, quando a soma dos ângulos for maior que 180º. Se você estiver no equador na América do Sul, um de seus amigos estiver no equador na África e o segundo no Polo Norte, descobrirá que a diferença de ângulos será grande. A soma dos ângulos é mais próxima de 270º do que de 180º. Não temos amigos no espaço, mas temos algo pior: flutuações na radiação de fundo. Dependendo da curvatura do espaço, eles devem parecer completamente diferentes.
Fizemos observações e descobrimos algo surpreendente: o Universo, até onde podemos julgar, é plano. Muito, muito plana. Dados recentes dos experimentos de Planck e Sloan Digital Sky Survey indicam que, se o Universo é curvado positiva ou negativamente, é perceptível em uma escala de pelo menos 400 a mais do que a parte do Universo que observamos. E podemos ver sua parte com um diâmetro de 92 bilhões de anos-luz.
Então, o Big Bang aconteceu em todos os lugares simultaneamente, 13,8 bilhões de anos atrás, e nosso Universo é espacialmente plano de acordo com nossas melhores medidas. O big bang não ocorreu em nenhum momento, e podemos julgar isso pela extrema isotropia e homogeneidade do universo. Essas propriedades são tão precisas que, quando encontramos uma heterogeneidade com um desvio de 0,01% em relação à média, já acreditamos que algo está errado. Portanto, se você afirma que o Big Bang aconteceu exatamente onde você está e está bem no centro de tudo o que acontece, ninguém se opõe a você. Apenas tudo e tudo em todo o Universo podem dizer o mesmo sobre si.