O Big Bang pode não Ter Sido o Início de Tudo, Sugere Nova Teoria

Créditos da imagem: O Big Bang pode ser o resultado de um ‘recuo’ dentro de um buraco negro. (Naeblys/Getty Images)

O Big Bang é frequentemente descrito como o momento explosivo que deu origem ao Universo – um ponto singular onde o espaço, o tempo e a matéria vieram à existência.

Mas e se esse não fosse realmente o começo? E se o nosso Universo tivesse se originado de algo que veio antes – algo ao mesmo tempo familiar e revolucionário?

Uma Alternativa Audaciosa ao Big Bang

Em um estudo recente publicado na Physical Review D, meus colegas e eu apresentamos uma alternativa audaciosa. Nossos cálculos sugerem que o Big Bang pode não ter marcado o início de tudo, mas foi, em vez disso, o resultado de um colapso gravitacional – semelhante ao que cria um buraco negro – seguido por uma espécie de rebote dentro dele.

Essa hipótese, que chamamos de “universo buraco negro”, apresenta uma nova perspectiva sobre a origem do cosmos, mas está inteiramente fundamentada em física estabelecida e observações.

O modelo cosmológico padrão, que combina o Big Bang com a teoria da inflação cósmica (uma rápida expansão nos momentos iniciais do Universo), tem sido notavelmente eficaz em explicar a estrutura e a evolução do cosmos. No entanto, ele deixa algumas questões fundamentais sem resposta.

Por exemplo, o modelo começa com uma singularidade – um ponto de densidade infinita onde as leis da física entram em colapso. Isso não é apenas um problema técnico; revela uma lacuna fundamental em nossa compreensão do começo do Universo.

Para explicar certas características do cosmos, os cientistas introduziram a inflação – impulsionada por um campo desconhecido e exótico – e, mais tarde, a energia escura para justificar a atual expansão acelerada do Universo. Em essência, o modelo funciona, mas depende de elementos não verificados.

E ainda assim, as perguntas mais básicas persistem: de onde tudo veio? Por que começou assim? Por que o Universo é tão liso, vasto e plano?

Um Novo Modelo

Nosso novo modelo aborda essas questões de uma perspectiva diferente – olhando para dentro ao invés de apenas olhar para fora. Em vez de começar com um Universo em expansão e tentar voltar no tempo, analisamos o que acontece quando uma concentração extremamente densa de matéria colapsa sob a gravidade.

Esse processo é familiar: leva à formação de buracos negros – objetos que já são bem compreendidos na física. Mas o que existe dentro de um buraco negro, além do horizonte de eventos, continua sendo desconhecido.

Em 1965, o físico britânico Roger Penrose mostrou que, sob condições muito gerais, o colapso gravitacional resulta inevitavelmente em uma singularidade. Essa ideia, mais tarde expandida por Stephen Hawking e outros, apoia a noção de que tais singularidades são inevitáveis. O trabalho de Penrose lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2020 e inspirou o best-seller de Hawking, Uma Breve História do Tempo.

No entanto, existe uma ressalva importante. Esses teoremas dependem da física clássica, que descreve fenômenos em grande escala. Quando incluímos os efeitos da mecânica quântica – essenciais sob densidades extremas – a imagem pode mudar.

Em nosso estudo, demonstramos que o colapso gravitacional não necessariamente termina em uma singularidade. Apresentamos uma solução matemática exata, sem aproximações, mostrando como, à medida que o colapso se aproxima da suposta singularidade, o tamanho do Universo muda como uma função hiperbólica do tempo cósmico.

Esta solução revela como uma nuvem de matéria em colapso pode alcançar um estado de alta densidade e então retornar, revertendo para uma nova fase de expansão.

Mas Como Isso pode Ser, se os TGeoremas de Penrose não Permitem?

A chave está no princípio de exclusão quântica, que afirma que nenhum dois férmions idênticos (um tipo de partícula) podem ocupar o mesmo estado quântico.

Mostramos que esse princípio impede que a matéria seja comprimida indefinidamente. Como resultado, o colapso para e reverte. O salto não é apenas possível – torna-se inevitável nas condições certas.

Crucialmente, essa reversão ocorre inteiramente dentro da estrutura da relatividade geral, que governa estruturas em grande escala como estrelas e galáxias, combinada com princípios quânticos básicos – sem a necessidade de física especulativa, campos exóticos ou dimensões extras.

O que emerge do outro lado do rebote é um universo strikingmente semelhante ao nosso. Ainda mais intrigante, esse rebote dá origem naturalmente a duas fases distintas de expansão acelerada – a inflação inicial e a expansão atual impulsionada pela energia escura – não através de campos hipotéticos, mas a partir da própria dinâmica do rebote.

Previsões Testáveis

Uma das forças deste modelo é que ele faz previsões testáveis. Ele prevê uma curvatura espacial pequena, mas positiva – o que significa que o Universo não é perfeitamente plano, mas levemente curvado, como a superfície da Terra.

Essa curvatura seria um vestígio remanescente da sobre-densidade inicial que causou o colapso. Se observações futuras, como as da missão Euclides, detectarem essa leve curvatura, isso apoiaria fortemente a ideia de que nosso Universo surgiu de um salto gravitacional.

Créditos da imagem: O foguete Falcon 9 da SpaceX transportando a missão Euclid da ESA na plataforma de lançamento em 2023. (ESA/CC BY-SA)

O modelo também prevê a taxa atual de expansão cósmica – que observações já confirmaram – e pode ajudar os cientistas a obter insights sobre outras questões não resolvidas em cosmologia, como como buracos negros supermassivos se formam, a natureza da matéria escura e como as galáxias se desenvolvem de forma hierárquica.

Missões futuras como Arrakhis devem explorar ainda mais essas questões estudando estruturas tênues como halos estelares e galáxias satélites – componentes que são difíceis de detectar da Terra, mas cruciais para entender a matéria escura e a evolução das galáxias.

Esses fenômenos também podem estar ligados a relíquias compactas – como buracos negros – que se formaram durante a fase de colapso e sobreviveram ao rebote.

Uma Nova Perspectiva Cósmica

O modelo do “universo do buraco negro” também oferece uma nova maneira de ver nosso lugar no cosmos. Neste contexto, um maior “universo pai” forma um buraco negro cujo interior contém todo o nosso universo observável.

Isso sugere que, assim como a Terra não era o centro do universo, também não ocupamos uma posição especial. Podemos estar diante da continuação de um ciclo cósmico moldado pela gravidade e pela mecânica quântica.

Leia o Artigo original Science Alert

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