Inflação e Big Bang: não uma explosão, mas expansão

O que aconteceu antes do Big Bang? O período da inflação (se realmente foi). O que sabemos sobre o que aconteceu antes da inflação?

Nada.

Obviamente, existem muitos argumentos apoiados por uma abordagem científica sobre o que aconteceu antes. Mas existem muitos, eles se contradizem e hoje não temos dados que ajudem a saber quais desses argumentos são verdadeiros. Não existe sequer uma teoria de ponta, cuja probabilidade a maioria dos cientistas classificaria como a maior. Só que nada se sabe. Pode até acontecer que o processo de inflação continue até hoje, e continua na maior parte do Universo, às vezes parando em suas pequenas seções (grande, em comparação com a parte do Universo observada por nós, mas pequena em comparação com o Universo como um todo).

E depois da inflação, houve um Big Bang quente. Em um artigo anterior explicando a confusão em torno do Big Bang, foi explicado que o Universo não está se expandindo "para algo" - não existe algo como "fora". Agora, vamos dar uma olhada no próprio Big Bang, que na verdade não foi uma "explosão", mas uma expansão do espaço, apesar do fato de inúmeros livros, vídeos, artigos e declarações frequentemente descreverem. Vejamos as diferenças entre explodir algo no espaço e expandir o próprio espaço.


Fig. 1

Na fig. 1 mostra a situação antes e depois da explosão. Inicialmente, neste exemplo, existe um certo espaço com uma semente no meio, cujo papel é desempenhado por uma bomba, granada, estrela, outra forma de energia armazenada. O espaço e a semente existem antecipadamente. Então algo acontece e a semente explode. O conteúdo da semente passa por alguma transformação - por exemplo, ocorre uma reação química ou nuclear - com a liberação de energia. Isso cria uma tremenda temperatura e pressão dentro da semente. As forças associadas à temperatura e pressão comprimidas fazem com que o interior da semente se expanda para fora na forma de uma bola quente de matéria. A energia escapa dela em alta velocidade, com uma temperatura inicialmente igual à que estava dentro da semente, e então a pressão e a temperatura caem gradualmente, enquanto o interior da semente se expande para o espaço que existia ao redor dela, no qual estava originalmente localizado.

Observe que a causa da explosão foi uma reação que criou pressão e temperatura extremamente altas dentro de uma pequena região. É o desequilíbrio entre a tremenda pressão e temperatura no interior da semente e a baixa pressão e temperatura no exterior que faz com que a semente exploda no exterior. E tudo dentro estava se afastando do local original em alta velocidade. A velocidade de remoção do ponto de partida não pode exceder a velocidade da luz; portanto, há restrições quanto à rapidez com que elas podem se afastar.

Na fig. A Figura 2 mostra o processo (que, em princípio, poderia ter ocorrido antes do momento mostrado à esquerda) da expansão do espaço. Entre a imagem à esquerda e a imagem à direita, o espaço dobrou, o que pode ser visto ao longo das linhas de grade. Tudo o que está dentro do espaço e mantido por forças poderosas - cadeiras, mesas, gatos e pessoas - não se expande. Expande apenas o espaço em que estão todos localizados. Em resumo, há mais espaço, portanto, há mais espaço para objetos dentro dele.

Ao mesmo tempo, objetos de fato não se movem! Eles não são pressionados por pressão ou temperatura, ninguém os chuta. Só que o espaço entre eles e ao redor deles cresce, aparece do nada e faz a distância entre eles mais do que antes. E esse aumento é uniforme (para expansão uniforme). Na imagem certa, a distância entre o gato e a mesa dobrou, assim como a distância entre o gato e a cadeira. É o que acontece quando o universo dobra de tamanho.


Fig. 2

Tal mudança no espaço é possível de acordo com a teoria da gravidade de Einstein, mas não de acordo com a teoria mais antiga de Newton. Com Einstein, o espaço não é apenas um lugar onde tudo acontece; é algo em si, capaz de crescer, contrair, deformar, flutuar e mudar de forma. (Mais precisamente, espaço e tempo fazem tudo juntos). As ondulações do espaço-tempo são chamadas ondas gravitacionais.

Como o espaço se expande e os objetos não se movem, a teoria da relatividade não impõe restrições à taxa de crescimento da distância entre os objetos, ou seja, à taxa de aparência de um novo espaço entre eles. A distância entre dois objetos pode aumentar mais rápido que a velocidade da luz. Não há contradição com a teoria da relatividade.

As pessoas costumam falar usando frases imprecisas e gerais, algo como "a teoria da relatividade afirma que nada pode se mover mais rápido que a luz". Mas as palavras “nada” e “movimento” são ambíguas, e a ciência nos diz que o uso de palavras imprecisas pode levar a problemas. As palavras de Einstein, se você as lê, geralmente sofrem de ambiguidade e são facilmente mal compreendidas, embora ele tenha tentado falar com certeza. Mas as equações de Einstein não são ambíguas. A afirmação exata da teoria da relatividade é que, se dois objetos se cruzam em um lugar no espaço e um observador se move com um deles, a velocidade do outro objeto, do ponto de vista desse observador, não será maior que a velocidade da luz. Mas isso não contradiz o que eu declaro: que a distância entre dois objetos localizados em lugares diferentes pode crescer mais rapidamente. E é exatamente isso que acontecerá em um universo em expansão uniforme, se dois objetos estiverem suficientemente distantes.

Observe também que a causa da expansão do universo, ao contrário de uma explosão, não é a temperatura ou a pressão. Eu desenhei especialmente objetos comuns, mesas e cadeiras, para que você possa ver que, comparada a uma explosão que danifica ou destrói objetos normais, a expansão os deixa intocados, eles simplesmente se afastam. A expansão pode ocorrer em um universo muito quente - e nos estágios iniciais da história de nosso universo, durante o quente Big Bang. Mas a expansão pode ocorrer em um universo muito frio. Suspeita-se que isso também tenha ocorrido durante o período de inflação cósmica. E, é claro, nosso Universo está muito frio hoje, no entanto, não está apenas se expandindo, mas se expandindo com aceleração.

A era do Big Bang quente, nos últimos estágios em que vivemos, começou em algum momento na forma de um grande espaço preenchido com uma sopa quente e densa de partículas, que primeiro se expandiu e esfriou muito rapidamente e depois o fez mais devagar e mais lentamente. um momento que veio vários bilhões de anos atrás. Não começou como um objeto pontual que explodiu no espaço vazio. Como o Big Bang quente poderia começar após a inflação, consideraremos nos seguintes artigos.