Teoria do Big Bang

Intrigantes questões que nos assombram desde os primórdios do pensamento humano: de onde viemos e para onde vamos? Qual a origem do Universo e qual será seu destino? como se formou toda essa imensidão de energia e matéria, inclusive a que compõe nossos corpos?

A Teoria do Big Bang (Grande Explosão), em sua versão adaptada pela Teoria do Universo Inflacionário, é o paradigma dominante no meio científico como explicação para a origem e evolução de nosso Universo.

Para entendimento do conceito, é fundamental que saibamos o que é densidade. Representada pela letra grega ρ (pronuncia-se rô), ela é uma grandeza física que corresponde à quantidade de matéria (massa) contida em determinado volume.

Portanto, calcula-se a densidade de um corpo pela divisão da sua massa pelo seu volume:

Tradicionalmente, define-se corpo como "tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço". Em última análise, o Universo como um todo pode ser considerado um corpo. Nesta série de artigos, falaremos bastante sobre a densidade do Universo.

Agora, imagine qual será o valor dessa densidade se tudo o que existe no Universo estiver concentrado em um ponto de volume zero. De acordo com o modelo do Big Bang, há aproximadamente 13,77 bilhões de anos, todo o Universo que hoje habitamos estava inteiramente concentrado em um ínfimo ponto, de densidade tendendo ao infinito, de onde expandiu-se até virar o vasto e gélido Cosmos atual.

O Big Bang ocorreu no exato instante a partir do qual a expansão se iniciou, e a situação imediatamente anterior, na qual nossas leis da física deixam de fazer sentido, é chamada de singularidade.

A Teoria do Universo Inflacionário acrescenta que houve um período de crescimento exponencial (extremamente rápido) durante os primeiros poucos momentos, antes de se estabelecer uma expansão mais gradual.

Mas como foi que os cientistas chegaram a tais conclusões?

Em 1915, Albert Einstein publicou sua Teoria da Relatividade Geral, cujas equações conduziram a resultados reveladores de que o Universo está se expandindo.

Esta proposição foi lançada formalmente pela primeira vez em 1922, pelo matemático russo Alexander Friedmann, que se baseou na teoria de Einstein. Depois, em 1927, o padre belga Georges Lemaitre propôs a hipótese do átomo primordial (ou ovo cósmico), após estudar o trabalho de Friedmann.

Depois da Segunda Guerra Mundial, o físico ucraniano George Gamow, naturalizado estadunidense, adotou e aperfeiçoou a teoria de Lemaitre. Juntamente com colaboradores acadêmicos, ele investigou a origem de elementos químicos nos estágios iniciais do Universo, publicando uma série de artigos científicos sobre o assunto.

É curioso que um cientista que não concordava com a expansão do Universo, o astrônomo inglês Fred Hoyle, tenha sido quem cunhou a expressão Big Bang, ao se referir debochadamente à teoria em desenvolvimento, em transmissões de rádio de 1949.

O fato é que Friedmann, Lemaitre e Gamow foram pioneiros na semeadura de um novo paradigma, que posteriormente veio a ser conhecido como o Modelo Cosmológico Padrão (MCP). Atualmente, a Teoria do Big Bang está fortemente alicerçada em consistentes fundamentos teóricos e evidências experimentais.

A Teoria do Big Bang apoia-se em duas ideias-chave que surgiram no início do século XX.

Já vimos que a primeira delas é a Teoria da Relatividade Geral. Desde que foi lançada, o desenvolvimento de suas equações já apontava para o fato de que o Universo está se expandindo.

O outro grande fundamento é o Princípio Cosmológico, segundo o qual a distribuição de matéria no espaço é homogênea e isotrópica. Isto significa que o Universo, em uma visão de larga escala, tem uma aparência idêntica em qualquer região observada (homogeneidade), seja qual for a direção da observação (isotropia).

Além do respaldo teórico, o modelo do Big Bang também foi reforçado por consistentes constatações experimentais:

• As observações do astrônomo Edwin Hubble, que tornaram evidente a expansão do Universo.
• A abundância de elementos leves no Universo, indicando a produção de tais elementos no início da expansão.
• A descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (Cosmic Microwave Background - CMB - radiation), remanescente das altíssimas temperaturas do Universo primordial.

Antes de nos aprofundarmos no estudo do modelo cosmológico, precisamos desde já ter em mente as seguintes ponderações, evitando assim mal-entendidos sobre o Big Bang e a expansão do Universo:

Se todo o espaço (dentro e fora dos limites até onde podemos observar) for infinito, isto significa que ele já nasceu infinito. Por outro lado, se for finito, então nasceu com volume zero e cresceu a partir dessa condição.

Em ambos os casos, é bem verdade que, no momento inicial, a porção de espaço que corresponde ao nosso Universo Observável não seria maior do que um ponto.

Entretanto, em qualquer das duas hipóteses (Universo finito ou infinito), não existe um "centro de expansão" - um ponto de origem a partir do qual o Universo tenha se expandido. A noção correta é a de que todas os pontos do espaço surgiram simultaneamente.

Mais à frente, em um de nossos próximos artigos, veremos que, considerando os conhecimentos atuais, tudo indica que o Universo é infinito. Vamos entender melhor tudo isso? Continue lendo...