A teoria do Big Bang é o mais conhecida e mais aceita explicação para o início e evolução do universo, mas não é um consenso entre os cientistas.
O físico brasileiro Juliano Cesar Silva Neves faz parte de um grupo de pesquisadores que se atrevem a imaginar uma origem diferente. Em um estudo publicado recentemente na revista General Relativity and Gravitation, Neves sugere a eliminação de um aspecto chave do modelo cosmológico padrão: a necessidade de uma singularidade do espaço-tempo conhecida como Big Bang.
Ao levantar essa possibilidade, Neves desafia a idéia de que o tempo teve um começo e reintroduziu a possibilidade de que a expansão atual fosse precedida por contração. “Eu acredito que o Big Bang nunca aconteceu”, disse o físico, que trabalha como pesquisador do Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica (IMECC-UNICAMP) da Universidade de Campinas.
Para Neves, o estágio de expansão do espaço-tempo rápido não exclui a possibilidade de uma fase de contração prévia. Além disso, a mudança de contração para expansão pode não ter destruído todos os vestígios da fase anterior.
O artigo, que reflete o trabalho desenvolvido no âmbito do Projeto Temático “Física e Geometria do Espaço-Tempo”, considera as soluções para as equações da relatividade geral que descrevem a geometria do cosmos e, em seguida, propõe a introdução de um “fator de escala” que faz com que a taxa de em que o universo está se expandindo dependa não apenas do tempo, mas também da escala cosmológica.
“A fim de medir a velocidade com que o Universo está se expandindo com a cosmologia padrão em que há um Big Bang, uma função matemática é usada para depender apenas de tempo cosmológico”, disse Neves, que elaborou a ideia com o Professor Alberto Vazques Saa da IMECC-UNICAMP.
Com o fator de escala, o próprio Big Bang, uma singularidade cosmológica, deixa de ser uma condição necessária para o cosmos começar a expansão universal. Um conceito da matemática que expressa indefinição, o termo “singularidade” foi usado pelos cosmólogos para caracterizar o estado cosmológico primordial que existia 13,8 bilhões de anos atrás, quando toda a matéria e energia foram comprimidas em um estado de densidade infinita e temperatura, onde as leis tradicionais da física não se aplicam mais.
A Teoria do Big Bang tem suas origens no final da década de 1920, quando o astrônomo dos EUA, Edwin Hubble, descobriu que quase todas as galáxias estão se afastando umas das outras em velocidades cada vez mais rápidas.
A partir dos anos 1940 em diante, os cientistas guiados pela teoria da relatividade geral de Einstein construíram um modelo detalhado da evolução do universo desde o Big Bang. O modelo pode levar a três resultados possíveis: a expansão infinita do universo a velocidades cada vez maiores; a estagnação da expansão em uma base permanente; ou um processo invertido de retração causada pela atração gravitacional exercida pela massa do universo, conhecido como o Big Crunch.
“Eliminar a singularidade ou o Big Bang traz de volta um universo saltando para a fase teórica da cosmologia. A ausência de uma singularidade no início do espaço-tempo abre a possibilidade de que vestígios de uma fase de contração anterior pode ter resistido a mudança de fase e ainda pode estar conosco na contínua expansão do universo “, disse Neves.
Neves conceitua que a “cosmologia saltitante” está enraizada na hipótese de que o Big Crunch daria lugar a uma eterna sucessão de universos, criando condições extremas de densidade e temperatura para instigar uma nova inversão no processo, dando lugar à expansão.
Vestígios da contração
Os buracos negros são o ponto de partida das investigações de Neves de “solavanco cósmico” teórico.
“Quem sabe, pode haver restos de buracos negros na expansão em andamento que datam da fase de contração prévia e que passaram intactos através do gargalo do salto¹”, disse ele.
Criado a partir do núcleo remanescente de uma estrela gigante morta, buracos negros são objetos cósmicos cujo núcleo contraiu-se para formar uma singularidade, um ponto com densidade infinita e a atração gravitacional mais forte. Nada escapa, nem mesmo luz.
De acordo com Neves, um buraco negro não é definido pela singularidade, mas sim por um horizonte de eventos, uma membrana que indica o ponto de não retorno do qual nada escapa do destino inexorável de ser engolido e destruído pela singularidade.
“Do lado de fora do horizonte de eventos de um buraco negro regular, não há grandes alterações, mas no interior, as mudanças são profundas. Há um espaço-tempo diferente que evita a formação de uma singularidade.”
O fator de escala formulado por Neves e Saa foi inspirado pelo físico americano James Bardeen. Em 1968, Berdeen usou um truque matemático para modificar a solução para as equações da relatividade geral que descrevem os buracos negros.
O truque consistia em considerar a massa de um buraco negro não como uma constante, como tinha sido anteriormente o caso, mas como uma função que depende da distância do centro do buraco negro. Com esta mudança, um buraco negro diferente, chamado de buraco negro regular, surgiu a partir da solução para as equações. “Buracos negros regulares são permitidos, desde que não violem a relatividade geral. O conceito não é novo e tem sido frequentemente revisitado nas últimas décadas”, disse Neves.
Uma vez que a inserção de um truque matemático nas equações da relatividade geral poderia impedir a formação de singularidades em buracos negros regulares, Neves considerou criar um artificio semelhante para eliminar a singularidade em um salto regular.
Na ciência moderna, uma teoria é inútil se não pode ser verificada, por mais bela e inspiradora que seja. Como você testar a hipótese de um Big Bang que não começa com uma singularidade? “Observando os traços dos eventos em uma fase de contração que pode ter permanecido em fase de expansão em curso. Os candidatos incluem restos de buracos negros de uma fase anterior de contração universal que pode ter sobrevivido ao salto”, disse Neves.
¹Aqui, “salto” ou “rebote” refere-se à hipótese do Grande Rebote, um modelo científico teórico associado à criação do universo conhecido.
[Phys]
Referência:
J. C. S. Neves, Bouncing cosmology inspired by regular black holes, General Relativity and Gravitation (2017). DOI: 10.1007/s10714-017-2288-6