Teoria do Big Bang

Embora a Teoria do Big Bang seja muito bem-sucedida em explicar o espectro de corpo escuro da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) e a origem dos elementos leves, ela apresenta três problemas cruciais:

• O problema da planicidade: os resultados obtidos pela sonda WMAP, da NASA, confirmaram que a geometria do Universo é praticamente plana. Todavia, de acordo com o modelo padrão do Big Bang, a curvatura deveria ter aumentado com o tempo. Desta forma, um Universo plano conforme hoje observamos requer que tenha havido uma tremenda sintonia fina nas condições do passado, o que seria, nos termos da teoria convencional, uma inacreditável coincidência.
• O problema do horizonte: longínquas regiões do espaço, em sentidos opostos no céu, são tão distantes entre si que, de acordo com a expansão padrão do Big Bang, elas nunca poderiam ter tido contato umas com as outras. Isto porque o tempo de viagem da luz entre elas excederia a idade do próprio Universo! Entretanto, a uniformidade de temperatura da CMB indica que elas têm que ter estado em contato no passado.
• O problema do monopolo: a Cosmologia do Big Bang prevê que um número muito elevado de monopolos magnéticos (partículas hipotéticas que se comportam como ímãs de um único polo), pesados e estáveis, devem ter sido produzidos no jovem Universo. Porém, eles nunca foram observados. Logo, mesmo que de fato existam, são muito mais raros do que o previsto pela teoria.

Preocupado com tais paradoxos, o físico teórico e cosmólogo Alan Guth propôs a Teoria do Universo Inflacionário, que supõe um período de crescimento exponencial (extremamente rápido) do Universo, em seus primeiros poucos momentos, antes de se estabelecer a expansão mais gradual.

Durante o período inflacionário (fase inicial, em que a expansão foi mais rápida), a densidade energética foi dominada por uma constante cosmológica – um tipo de energia do vácuo que mais tarde decaiu para produzir a matéria e a radiação que atualmente preenchem o espaço.

A inflação foi tão rápida quanto intensa, incrementando o tamanho linear do Universo em um fator de ~10²⁶, em apenas uma pequena fração de segundo.

Veja como a Teoria Inflacionária soluciona os problemas do Big Bang:

• Problema da planicidade: imagine que você esteja na superfície de uma bola de futebol (um mundo bidimensional). É óbvio para você que tal superfície é curva e que você está vivendo em um Universo fechado. Entretanto, se essa bola crescer até atingir o tamanho do planeta Terra, ela parecerá plana para você, embora continue a ser uma esfera em grande escala. Agora, imagine o aumento do tamanho da bola até escalas astronômicas. Até onde você puder enxergar, a aparência da superfície será plana, apesar de ter sido muito curva no início. A inflação "esticou" qualquer curvatura inicial do Universo tridimensional, tornando-a praticamente plana.
• Problema do horizonte: Supondo um boom de expansão no Universo primitivo, isto implica que regiões distantes estavam de fato muito próximas, anteriormente à inflação, do que estariam se prevalecesse a expansão padrão do Big Bang. Portanto, a Teoria Inflacionária permite que tais regiões tenham estado em contato antes da inflação e, também, que tenham atingido uma temperatura uniforme.
• Problema do monopolo: o modelo do Universo Inflacionário possibilita que os monopolos magnéticos tenham existido enquanto produzidos anteriormente ao período da inflação, no qual sua densidade sofreu uma queda grandiosa. Foi assim que sua abundância caiu para níveis indetectáveis.

A inflação também explica a origem das estruturas presentes no Universo. Anteriormente a ela, a porção do espaço que atualmente podemos observar era microscópica e flutuações na densidade da matéria, nessa escala, expandiram-se para escalas astronômicas durante o período inflacionário.

Assim, no decorrer das várias centenas de milhões de anos seguintes, regiões de maior densidade condensaram-se em estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias. Entenda melhor como isto aconteceu em nosso próximo artigo.