A Idade do Universo

in-the-beginning-typewriter   Se você gosta de Ciência e acompanha notícias relacionadas à Física, certamente já ouviu falar que a idade do Universo é muito antiga. As melhores estimativas científicas indicam que o Universo tem cerca de 15 bilhões de anos. É muito tempo, não é mesmo?

Você já ficou curioso para saber de qual maneira essa previsão é possível? Quais são as evidências que permitem estimar a idade do Universo? Antes de considerá-las, cabe a pergunta : o que é a idade do Universo?

Basicamente, a idade do Universo é o tempo gasto entre o começo do Universo até o presente momento. Quando digo “começo do Universo”, leia-se a gênese da matéria, da energia e do espaço-tempo num evento cataclísmico, denominado “Big Bang”. Falar em idade do Universo, pressupõe a validade do Modelo do Big Bang . Nesse sentido, evidências fundamentais à cerca de que o Universo tenha uma idade, são evidências relacionadas ao modelo do Big Bang.

O Universo teve um começo?

Há duas posições aqui. A primeira é “Sim”, o Universo teve um começo e consequentemente possui uma idade. A segunda é “Não”, o Universo não teve um começo, sempre existiu, e é eterno.

Para os físicos adeptos ao Universo eterno, não há idade para ser contabilizada : o Universo não está ficando mais velho com o passar dos anos. Há também uma outra posição, que pode abranger o “Sim” ou o “Não” : a teoria do Multiverso. Essa teoria diz que nosso Universo, é apenas um Universo dentre infinitos outros Universos possíveis, onde cada um deles possuem constantes e propriedades físicas diferentes.

Como pode ser visto, o tema da origem do Universo é uma questão “quente” dentro da comunidade científica.

Assim, por qual razão então afirma-se com tanta veemência a idade do Universo em periódicos científicos e trabalhos publicados? Bem, há uma razão. Temos boas evidências a favor da predição de um único Big Bang pela Teoria da Relatividade Geral e Termodinâmica em detrimento de outros modelos cosmológicos. Nos tempos modernos, a descoberta de tais evidências do começo do Universo, podem parecer banais e até mesmo intuitivas. Mas não é o caso.

Desde os filósofos gregos, influenciados pela Filosofia Aristotélica, o homem era induzido a pensar num Universo eterno e estático. Até mesmo Einstein por puro pensamento filosófico, pensava assim; tempos depois, ao ver seu erro, o chamou de “o maior equívoco de sua vida”. E qual foi esse equívoco? O que fez convencer Einstein e a relutante comunidade científica de que o Universo não é eterno no passado, mas que teve um começo absoluto?

– Evidências do Big Bang –

1. Desvio do vermelho ou redshift

A extraordinária descoberta experimental em 1929 por Edwin Hubble (1889-1953 ) da expansão do Espaço é quase além da compreensão; não era -e não é- algo fácil de entender. Ao coletar dados do maior telescópio da década de 20, Hubble percebeu que as frequências do espectro eletromagnético emitidas pelas nebulosas (aglomerado de estrelas), possuía um desvio para o vermelho, o redshift. Isto é, havia diminuição das frequências ou um aumento de comprimento de onda do espectro emitido pelas nebulosas conforme eram feitas novas medidas. Tal variação na frequência da ondas luminosas para o vermelho, ao longo de medidas sucessivas por um receptor -nesse caso o telescópio- são atribuídas ao Efeito Doppler, para uma fonte constante.

Outro dado curioso foi observado por Hubble: quanto mais distante for a nebulosa, maior é o seu redshift. Assim, não bastava conhecer apenas o efeito por trás do desvio. Mas sim sua causa. A comunidade científica da época acreditava num Universo eterno e estático. Mas tiveram que ceder; As soluções propostas pelos físicos Friedmann (1888-1925) e Lemaître (1894-1966) para a Teoria da Relatividade Geral previam um Universo em expansão e explicavam o desvio para o vermelho. Enquanto o espaço se expande, o percurso das ondas eletromagnética emitidas pelas nebulosas aumenta; consequentemente sua respectiva frequência medida por um receptor distante, diminui. Nesse raciocínio, é de se esperar que o efeito do desvio do vermelho seja maior quanto maior for a distância entre o emissor e o receptor. Exatamente o que Hubble confirmou nos dados experimentais!

redshift

As previsões do modelo Friedmann-Lemaître estavam assim, respaldadas.

Mas o que o redshift diz em relação ao Big Bang? Há uma relação do espaço estar em expansão e o Big Bang?

bigbang_metric_expansion

Ao “rebobinarmos” a fita da história evolutiva da expansão do Espaço, o Universo irá “encolher” até que exista como um ponto extremamente quente e denso que contém toda matéria e energia. Nesse “marco zero” da expansão, as galáxias estavam tão próximas que todo Universo atual era um ponto. É o que a expansão do Espaço e as soluções de Firedman-Lemaitre indicam  . Desse modo, evidências da expansão do Espaço, servem como evidências para o modelo do Big Bang que prediz a gênese de toda matéria, energia e espaço-tempo num evento cataclísmico de um ponto extramente denso e quente à um tempo finito no passado.

2 – Radiação Cósmica de Fundo e uma breve história do Universo primordial

map_model_2 A radiação cósmica de fundo foi detectada pela primeira vez, acidentalmente, por dois físicos, Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson no ano de 64 e havia sido prevista, teoricamente, décadas antes da descoberta experimental. Pela teoria, um Universo em expansão, deve conter uma radiação térmica caracterizada pelo espectro do corpo negro. No modelo do Big Bang, o Universo primordial era composto por um plasma de matéria e fótons. A matéria, o plasma e os fótons interagiam constantemente entre si. Enquanto essas interações ocorriam, o Universo se expande e esfria. O resfriamento do Universo primordial permitiu que elétrons formassem núcleos de hidrogênio e hélio. A previsão é que esse evento ocorreu numa temperatura de 3000 K , quando o Universo era muito jovem, por volta de 300 mil anos de idade. Com a diminuição dos elétrons livres devido a formação de átomos de hidrogênio, os fótons ficaram “livres” da interação com estes por espalhamento e esfriaram-se propagados numa simetria esférica no Universo primordial . Ora, sabe-se pela Termodinâmica que um corpo que cede calor, emite radiação.

A radiação emitida pelo resfriamento de fótons e outras partículas no Universo primordial fazem parte da radiação cósmica de fundo, conforme previsto no modelo do Big Bang . 

3 – Teorema de Borde-Guth-Vilenkin

Em 2003, três proeminentes cosmólogos, Arvin Borde, Alan Guth e Alexander Vilenkin, provaram que qualquer Universo que esteja em expansão na sua história -isto é, Universos inflacionários, como o nosso-, não podem ser eternos no passado, mas devem ter um começo absoluto. Tal condição, é portanto válida até mesmo para o Multiverso. O artigo pode ser lido aqui : http://arxiv.org/abs/gr-qc/0110012 . Há também um vídeo, onde um dos autores, Vilenkin, explica o teorema :

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Finalmente,

Baseado nessas 3 poderosas evidências, a pergunta do começo do texto “O Universo teve um começo?”; pode receber agora um seguro “Sim”.

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Sobre Douglas Aleodin

Mestrando em Física pela Universidade Federal da Bahia.
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