Um Físico Explica Como Visualizar a Espantosa Expansão do Universo

Crédito: Pixabay

Quando se coze um pão ou uma fornada de muffins, coloca-se a massa numa forma. À medida que coze, a massa expande-se para dentro da forma, fazendo com que as pepitas de chocolate ou os mirtilos se espalhem mais.

Nalguns aspectos, a expansão do Universo é semelhante. No entanto, há uma diferença fundamental: enquanto a massa se expande para dentro de uma forma, o Universo não tem nada para onde se expandir. Expande-se dentro de si próprio.

Este conceito pode ser intrigante porque o Universo, por definição, inclui tudo. Não existe uma panela – apenas massa. Mesmo que houvesse uma panela, ela faria parte do Universo e expandir-se-ia com ele.

Como professor de física e astronomia que estudou o Universo durante anos, compreendo como esta ideia pode ser difícil de compreender. Não se experimenta nada disto na vida quotidiana. É como perguntar qual a direção mais a norte do Pólo Norte.

Para ajudar a visualizar a expansão, pense na forma como as galáxias se afastam da nossa, a Via Láctea. Os cientistas seguem estes movimentos para definir a taxa de expansão do Universo, permitindo-lhes imaginar a expansão sem precisarem de algo para onde se expandir.

O Universo expande-se como um muffin a cozer. Os objectos no espaço afastam-se mais uns dos outros, com mais espaço entre eles. (UChicago Creative)

O Big Bang: A rápida expansão do Universo há 13,8 biliões de anos

O funil de expansão mostra visualmente como a taxa de expansão do Universo tem aumentado ao longo do tempo. À esquerda do funil está o Big Bang e, desde então, o Universo tem-se expandido a um ritmo cada vez mais rápido. (NASA)

O Universo começou há 13,8 mil milhões de anos com o Big Bang, um acontecimento que não foi uma explosão mas uma rápida expansão a partir de uma singularidade densa e quente. Esta expansão – chamada inflação – fez com que todos os pontos do Universo se deslocassem para fora.

Posteriormente, o Universo condensou-se e arrefeceu, levando à formação de matéria e luz. Com o tempo, evoluiu para o Universo que conhecemos atualmente.

Em 1922, o físico Alexander Friedman propôs pela primeira vez que o Universo se podia expandir. Mais tarde, Edwin Hubble confirmou este facto, mostrando que as galáxias se estavam a afastar da Via Láctea. Em 1929, revelou que não só o Universo estava a expandir-se, como a sua taxa de expansão estava a acelerar.

Esta aceleração da expansão continua a ser um mistério. Os cientistas ainda têm dificuldade em explicar como é que o Universo consegue ultrapassar a força da gravidade e expandir-se a um ritmo crescente. Para visualizar este fenómeno, utilizam frequentemente o modelo do “funil de expansão”, em que a extremidade estreita representa o início do Universo e o funil alargado ilustra a sua expansão.

Energia Negra: A força misteriosa que impulsiona a expansão acelerada do Universo

A matéria escura e a energia escura constituem a maior parte do Universo. (Observatório de Green Bank, CC BY-NC-ND)

A energia subjacente a esta expansão acelerada é designada por energia escura. Embora os cientistas não a consigam medir ou observar diretamente, estimam que a energia escura representa cerca de 68% da energia total do Universo. Em contraste, a matéria comum representa apenas 5%.

Mas o que é que está para além do Universo em expansão? Atualmente, os cientistas não têm provas da existência de algo para além do nosso Universo conhecido. No entanto, alguns propõem a existência de múltiplos Universos, o que poderia ajudar a resolver problemas nos modelos actuais do nosso Universo.

Um dos desafios é conciliar a mecânica quântica, que governa o mundo em pequena escala, com a gravidade, que opera em grande escala. No mundo quântico, os objectos comportam-se de forma probabilística e podem entrar e sair da existência. Na mecânica clássica, os objectos comportam-se de forma previsível, sem essas flutuações.

Estes dois domínios não se encaixam facilmente. Algumas teorias, como a teoria das cordas e os modelos do multiverso, tentam colmatar esta lacuna, sugerindo que múltiplos Universos podem explicar a coexistência da gravidade e da mecânica quântica.

Independentemente destas teorias, o Universo continuará a expandir-se, com as galáxias a afastarem-se cada vez mais ao longo do tempo.

Um Universo em expansão infinita situa-se para lá da galáxia Via Láctea. DECaPS2/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA, M. Zamani & D. de Martin via AP

Leia o Artigo Original: Science Alert

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