Modelo cíclico do Universo: a degeneração da matéria ocorre indefinidamente

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

No início dos anos 2000, dois físicos da Universidade de Princeton propuseram um modelo cosmológico, segundo o qual o Big Bang não é um evento único, mas o espaço-tempo já existia muito antes de o universo nascer.

No modelo cíclico, o universo passa por um ciclo autossustentável infinito. Na década de 1930, Albert Einstein apresentou a ideia de que o universo pode experimentar um ciclo interminável de big bangs e grandes compressões. A expansão de nosso universo pode ser o resultado do colapso do universo antecedente. No âmbito deste modelo, podemos dizer que o Universo renasceu da morte de seu antecessor. Nesse caso, o Big Bang não foi algo único, mas apenas uma pequena explosão entre um número infinito de outras. A teoria cíclica não substitui necessariamente a teoria do Big Bang, mas tenta responder a outras questões: por exemplo, o que aconteceu antes do Big Bang e por que o Big Bang levou a um período de rápida expansão?

Um dos novos modelos cíclicos do Universo foi proposto por Paul Steinhardt e Neil Turok em 2001. Steinhardt descreveu esse modelo em seu artigo, que foi denominado O modelo cíclico do Univers. Na teoria das cordas, uma membrana, ou "brana", é um objeto que existe em várias dimensões. De acordo com Steinhardt e Turok, as três dimensões espaciais que vemos correspondem a essas branas. Duas branas 3D podem existir em paralelo, separadas por uma dimensão oculta adicional. Essas branas - podem ser consideradas placas de metal - podem se mover ao longo dessa dimensão extra e colidir umas com as outras, criando o Big Bang e, portanto, universos (como o nosso). Quando eles colidem, os eventos se desenvolvem de acordo com o modelo padrão do Big Bang: matéria quente e radiação são criadas, rápida inflação ocorre e então tudo esfria - e estruturas como galáxias, estrelas e planetas são formadas. No entanto, Steinhardt e Turok argumentam que sempre há alguma interação entre essas branas, que eles chamam de inter-brana: ela as reúne, fazendo com que colidam novamente e produzam o próximo Big Bang.

O modelo de Steinhardt e Turok, no entanto, desafia alguns dos pressupostos do modelo do Big Bang. Por exemplo, de acordo com eles, o Big Bang não foi o início do espaço e do tempo, mas sim uma transição de uma fase anterior da evolução. Se falamos sobre o modelo do Big Bang, então ele diz que este evento marcou o início imediato do espaço e do tempo como tal. Além disso, nesse ciclo de colisão de branas, a estrutura em larga escala do Universo deve ser determinada pela fase de compressão: isto é, isso acontece antes que colidam e ocorra o próximo Big Bang. De acordo com a teoria do Big Bang, a estrutura em grande escala do universo é determinada por um período de rápida expansão (inflação), que ocorreu logo após a explosão. Além disso, o modelo do Big Bang não prevê quanto tempo o universo existirá, e no modelo de Steinhardt a duração de cada ciclo é de cerca de um trilhão de anos.

O bom do modelo cíclico do Universo é que, ao contrário do modelo do Big Bang, ele pode explicar a chamada constante cosmológica. A magnitude desta constante está diretamente relacionada à expansão acelerada do Universo: ela explica por que o espaço está se expandindo tão rapidamente. De acordo com as observações, o valor da constante cosmológica é muito pequeno. Até recentemente, acreditava-se que seu valor era 120 ordens de magnitude menor do que o previsto pela teoria padrão do Big Bang. Essa diferença entre observação e teoria há muito é um dos maiores problemas da cosmologia moderna. No entanto, não faz muito tempo, novos dados foram obtidos sobre a expansão do Universo, segundo os quais ele está se expandindo mais rápido do que se pensava. Resta esperar por novas observações e confirmação (ou refutação) dos dados já obtidos.

Steven Weinberg, Prêmio Nobel de 1979, tenta explicar a diferença entre observar e prever um modelo usando o chamado princípio antrópico. Segundo ele, o valor da constante cosmológica é aleatório e difere em diferentes partes do Universo. Não devemos nos surpreender que vivamos em uma área tão rara onde observamos um pequeno valor desta constante, pois somente com este valor estrelas, planetas e vida podem se desenvolver. Alguns físicos, entretanto, não estão satisfeitos com essa explicação devido à falta de evidências de que esse valor seja diferente em outras regiões do Universo observável.

Um modelo semelhante foi desenvolvido pelo físico americano Larry Abbott na década de 1980. Porém, em seu modelo, o decréscimo da constante cosmológica para valores baixos era tão longo que toda a matéria do Universo ao longo de tal período se espalharia no espaço, deixando-o, de fato, vazio. De acordo com o modelo cíclico do Universo de Steinhardt e Turok, a razão pela qual o valor da constante cosmológica é tão pequeno é que inicialmente era muito grande, mas com o tempo, a cada novo ciclo, diminuía. Em outras palavras, a cada grande explosão, a quantidade de matéria e radiação no Universo é "zerada", mas não a constante cosmológica. Ao longo de muitos ciclos, seu valor caiu, e hoje observamos exatamente este valor (5, 98 x 10-10 J / m3).

Em uma entrevista, Neil Turok falou sobre seu modelo e o de Steinhardt do universo cíclico da seguinte maneira:

“Propusemos um mecanismo no qual a teoria das supercordas e a teoria M (nossas melhores teorias combinadas da gravidade quântica) permitem que o universo passe pelo Big Bang. Mas para entender se nossa suposição é totalmente consistente, é necessário mais trabalho teórico."

Os cientistas esperam que, com o desenvolvimento da tecnologia, haja uma oportunidade de testar essa teoria junto com outras. Assim, de acordo com o modelo cosmológico padrão (ΛCDM), um período conhecido como inflação ocorreu logo após o Big Bang, que encheu o universo de ondas gravitacionais. Em 2015, foi registrado um sinal de onda gravitacional, cujo formato coincidiu com a previsão da Relatividade Geral para a fusão de dois buracos negros (GW150914). Em 2017, os físicos Kip Thorne, Rainer Weiss e Barry Barish receberam o Prêmio Nobel por esta descoberta. Também subsequentemente, ondas gravitacionais foram registradas emanando do evento da fusão de duas estrelas de nêutrons (GW170817). No entanto, as ondas gravitacionais da inflação cósmica ainda não foram registradas. Além disso, Steinhardt e Turok observam que, se seu modelo estiver correto, essas ondas gravitacionais serão muito pequenas para serem "detectadas".