Físico brasileiro propõe teoria alternativa ao Big Bang

Físico brasileiro publica artigo em Relatividade Geral e Gravitação propondo eliminar a necessidade de uma singularidade cosmológica  e argumentando que a atual fase de expansão foi precedida por uma fase de contração. Créditos: NASA/ CXC/ M. Weiss.

A Teoria do Big Bang é a melhor teoria conhecida e a mais aceita para explicar a origem e evolução do Universo, mas ainda assim não existe um consenso entre os cientistas.

O físico brasileiro Juliano César Silva Neves faz parte de um grupo de pesquisadores que se desafiam a imaginar uma origem diferente. Em estudo recentemente publicado no jornal General Relativity and Gravitation, Neves sugere a eliminação de um dos elementos chave do modelo cosmológico padrão: a necessidade de uma singularidade cosmológica conhecida como Big Bang.

Ao levantar essa possibilidade, Neves modifica a ideia de que o espaço-tempo tenha um início e reintroduz a possibilidade de que a atual expansão foi precedida por uma contração. "Acredito que o Big Bang nunca tenha acontecido", diz o físico, que trabalha como pesquisador no Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica da Universidade de Campinas (IMECC-UNICAMP), no Estado de São Paulo, Brasil.

Para Neves, a rápida expansão do espaço-tempo não exclui a possibilidade de uma fase de expansão anterior. Além disso, a mudança de expansão para contração pode não ter destruído todos os traços da fase precedente.

O artigo, que reflete o trabalho desenvolvido sob o Projeto Temático "Física e geometria do espaço-tempo", considera as soluções para as equações da Teoria da Relatividade Geral que descrevem a geometria do cosmos e então propõem a introdução de um "fator de escala" que faz com que a taxa na qual o Universo está expandindo dependa não somente do tempo, mas também de uma escala cosmológica.

"Em busca de medir a taxa na qual o Universo está expandindo com a cosmologia padrão na qual há um Big Bang, uma função matemática é usada e que depende somente do tempo cosmológico", disse Neves, que elaborou a ideia com o professor Alberto Vazques Saa, do IMECC-UNICAMP.

Com o fator de escala, o Big Bang em si, uma singularidade cosmológica, deixa de ser uma condição necessária para que uma expansão tenha começado. Um conceito da matemática que expressa indeterminação, o termo "singularidade" foi usado pelos cosmólogos para caracterizar o estado cosmológico primordial que existiu 13,8 bilhões de anos atrás, quando toda matéria e energia foi comprimida em um estado de infinita densidade e temperatura, onde as leis tradicionais da física não podem ser aplicadas.

A Teoria do Big Bang tem sua origem em meados da década de 1920 quando o astrônomo norte-americano Edwin Hubble descobriu que quase todas as galáxias estão se afastando umas das outras à velocidade sempre maiores.

De 1940 em diante, cientistas guiados pela Teoria Geral da Relatividade proposta por Albert Einstein construíram um modelo detalhado sobre a evolução do Universo a partir do Big Bang. O modelo poderia levar a três possíveis resultados: a expansão infinita do Universo a velocidades cada vez maiores; a estagnação da expansão em uma base permanente; ou um processo reverso de retração causada pela atração gravitacional exercida pela massa do Universo, conhecido como Big Crunch.

"Eliminando a singularidade ou Big Bang traz-se de volta o Universo oscilante para o estágio teórico da cosmologia. A ausência de uma singularidade nos primórdios do espaço-tempo abre a possibilidade de que vestígios de uma fase de contração prévia tenham resistido à mudança de fase e devem ainda estar conosco na atual expansão do Universo", diz Neves.

Neves conceitua que a "cosmologia oscilante" é enraizada na hipótese de que o Big Crunch possibilitaria uma eterna sucessão de Universos, criando extremas condições de densidade e temperatura de forma a incitar uma nova inversão do processo, dando vez à expansão em uma nova oscilação.

Vestígios da contração

Buracos negros são o ponto de partida das investigações de Neves em um teórico "Universo oscilante".

"Quem sabe, haja resquícios de buracos negros na expansão corrente do Universo que datam da fase anterior de contração e passaram intactos pelo gargalo da oscilação", disse ele.

Consistindo em um núcleo implodido remanescente da explosão de uma estrela gigante, buracos negros são um tipo de objetos cósmicos cujo núcleo se contrai para formar uma singularidade, um ponto de densidade infinita e com a maior atração gravitacional conhecida. Nada escapa deles, incluindo-se a luz.

De acordo com Neves, um buraco negro não se define pela singularidade, mas sim por um horizonte de eventos, uma membrana que indica o ponto de não retorno do qual nada escapa do inexorável destino de ser engolido e destruído pela singularidade.

"Fora do horizonte de eventos de um buraco negro regular, não há grandes diferenças, mas dentro dele, as mudanças são profundas. Há uma espaço-tempo diferente que evita a formação de uma singularidade."

O fator de escala formulado por Neves e Saa foi inspirado pelo astrônomo norte-americano James Bardeen. Em 1968, Bardeen usou um truque matemático para modificar a solução das equações da Relatividade Geral que descreve buracos negros.

O truque consistiu em pensar na massa dos buracos negros não como uma constante, como previamente era o caso, mas como uma função que depende da distância ao centro do buraco negro. Com essa diferença, um buraco negro diferente, denominado buraco negro regular, surge das soluções da equação. "Buracos negros regulares são permitidos, uma vez que eles não violam 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 evitar a formação de uma singularidade nos buracos negros regulares, Neves considera a criação de um artifício similar para eliminar a singularidade em uma oscilação regular.

Na ciência moderna, uma teoria é inútil se não pode ser verificada, por mais bonita e inspiradora que seja. Como você testa a hipótese de um Big Bang que não começou com uma singularidade? "Procurando por vestígios dos eventos de uma fase de contração que deve ter restado na fase de expansão que agora estamos. Os candidatos incluem buracos negros remanescentes da fase anterior de contração universal que devem ter sobrevivido à mudança de fase", diz Neves.

Fonte: Phys.org