Amigos,
No último texto do blog, eu comentei sobre um artigo do Pe. José
Gabriel Funes, SJ, diretor do Observatório
do Vaticano, sobre a tal falsa profecia do fim do mundo, do calendário
maia. Naquela ocasião, eu teci breve comentário sobre assuntos como: energia
escura, expansão acelerada do universo, Big
Rip... Pois bem, retornemos a esses temas.
Devo confessar que trata-se de algo que de fato me intrigava
ultimamente... Vejamos o porquê.
Desde novo, eu acompanho notícias sobre ciências em meios de
divulgação, e a ideia do Big Bang já
me era familiar há muito tempo; aliás, já falei sobre o Big Bang antes no blog, no texto “Pe.
Georges Lemaître, SJ”. Já vimos também que essa teoria nada tem de
contrária à nossa fé em Deus, pois fala que o mundo (o universo) teve um início
– o que está de acordo com nossa fé em Deus Criador –, e trata o mundo como
criação – o que de fato é.
A teoria do Big Bang
fala de uma singularidade inicial. Calma,
vamos lá. Trata-se do marco zero (chamemos assim) do universo, onde toda a
matéria/energia (lembremos da equivalência entre massa e energia, explicada
pela teoria da Relatividade Geral de Einstein), estava concentrada em um único
ponto (singularidade), tendo se expandido desde o instante inicial, até
constituir tudo o que existe hoje no universo. Nesse ponto (singularidade), a
densidade de matéria/energia era infinita (tendia ao infinito), dado que o
volume do universo era nulo (tendia a zero). A ciência não consegue “recuar”
até esse instante inicial (ou seja, estudar o que ocorreu aí), somente até 10-43 s, o denominado tempo de
Planck; as leis da física, como as conhecemos, não se aplicam antes desse
tempo.
A ciência fala também de outras singularidades: os buracos
negros. Lembram do texto do blog “Teorias
e realidade”? Nele, eu comentei sobre o fenômeno da gravidade, e sobre as
teorias propostas pela física para explica-la: primeiro, a teoria da Gravitação
Universal, proposta por Newton; depois, a teoria da Relatividade Geral,
proposta por Einstein, cerca de dois séculos e meio depois. Ambas explicam o
mesmo fenômeno de maneiras muito diferentes...
No caso da Relatividade, a gravidade é explicada como sendo o
resultado da curvatura do espaço-tempo; sim, a teoria diz que vivemos em um
espaço com quatro dimensões: três espaciais e uma para o tempo. Espaço e tempo,
antes tratados como entidades independentes, passaram a ser tratados como
partes de uma única entidade: o espaço-tempo.
Lembram da representação do tecido ou malha, para o
espaço-tempo, sobre a qual eu comentei naquele
texto? Incluí até algumas ilustrações! Sugiro que acessem o texto, para
recapitular mais detalhes, caso queiram. O importante é saber que, na
dificuldade de se representar algo com quatro dimensões – quando só conseguimos
visualizar ou imaginar coisas com no máximo três –, podemos representar o espaço-tempo
quadridimensional de forma simplificada, como se fosse um tecido de apenas duas
dimensões. A presença de corpos massivos introduz distorções (curvaturas) no
tecido do espaço-tempo do cosmos. Na representação do tecido bidimensional,
podemos imaginar os corpos como “bolas” – umas mais leves, outras mais pesadas
– afundando em uma cama elástica. Nas proximidades de uma dessas depressões, causada
por um corpo massivo, outro corpo seria atraído por aquele que a provocou, como
que “caindo” na depressão assim formada. Logo, o efeito da atração
gravitacional seria devido à distorção no espaço-tempo, causada por um corpo
massivo, que criaria como que uma “bacia” de atração. Repito a figura aqui,
para maior clareza; o corpo massivo não está visível nessa figura, estaria no
fundo da depressão.
Bacia de atração (distorção no tecido do espaço-tempo), devido à
presença de um corpo massivo.
Já os buracos negros, são corpos tão massivos – resultado da
morte violenta de estrelas com massa muito elevada –, que a massa restante
colapsa sob a ação da própria gravidade, implodindo sem nada que o impeça. Assim,
a densidade no centro dessa massa restante tende ao infinito – causando, então,
uma singularidade (lembram dela...?). Algo como um “buraco sem fundo”...
As singularidades são como aqueles pontos, em funções
matemáticas, em que o valor da função tende a infinito, provocando uma
descontinuidade. Pensem, então, nos buracos negros, como espécies de
descontinuidades no espaço-tempo, onde a densidade tende a infinito, com o
volume da massa restante tendendo a zero. Lindo isso! Não acham? Bem... aqui de
longe sim; não queiram admirar um buraco negro de perto... sua gravidade, a
partir de determinada região em seu entorno (chamada horizonte de eventos), faz
com que nada mais escape: nem mesmo a luz! De fato, é um buraco sem fundo... e passar
do horizonte de eventos leva a uma queda sem fim, e sem volta...
Segue uma ilustração da deformação no espaço-tempo causada por
um buraco negro. A figura está truncada (obviamente...), pois a depressão se
estenderia infinitamente. A depressão vai se afunilando cada vez mais (para
baixo, na figura), indefinidamente, sem chegar nunca a se fechar em um ponto;
no ponto central (singularidade), há uma descontinuidade, literalmente uma
ruptura, como um “furo” no tecido do espaço-tempo cósmico, pois o “funil” se
estenderia ao infinito. Lindo isso, não!? (Daqui de longe...).
Distorção extrema (descontinuidade) no tecido do espaço-tempo,
causada por um buraco negro.
Pois bem, retornemos ao Big
Bang e à expansão do universo. Até alguns anos atrás, os cientistas
imaginavam, a partir do Big Bang,
alguns possíveis cenários para a evolução do universo; por exemplo:
1-
O universo expandiria indefinidamente, sem aceleração nem
desaceleração;
2-
O universo expandiria de forma desacelerada, porém sempre
estaria em expansão (cada vez mais lenta);
3-
O universo expandiria de forma desacelerada, porém essa
desaceleração faria o universo entrar em colapso novamente.
No último caso, a expansão desacelerada faria com que o universo
parasse de expandir, em dado momento de sua história. Logo, a gravidade
passaria a dominar, e o universo passaria a contrair-se, em um processo inverso
ao da expansão ocorrida desde o Big Bang,
terminando por colapsar em um único ponto (singularidade), novamente. Esse
colapso era denominado Big Crunch –
algo como grande implosão, ao contrário da grande explosão inicial (Big Bang). Seguem imagens ilustrativas. Os
dois modelos da esquerda mostram um universo em expansão desacelerada, sendo o primeiro
aquele em que o universo entraria novamente em colapso (Big Crunch); o terceiro modelo é o da expansão sem aceleração nem
desaceleração; o quarto modelo é o da expansão acelerada, sobre o qual
comentarei adiante. Na figura, há um comentário explicando algo como, se o
universo estiver em expansão desacelerada, seria mais jovem; já nos outros
casos (especialmente no da expansão acelerada), o universo seria mais antigo.
Atualmente, há a estimativa de que o universo teria cerca de 13,7 bilhões de
anos.
Possíveis modelos da evolução do universo.1
Nos últimos anos, porém, observações astronômicas surpreenderam
os cientistas, indicando uma expansão acelerada do universo! Nesse caso, a
gravidade nunca dominaria o processo; pelo contrário, uma força contrária,
expansiva, dominaria cada vez mais sobre a gravidade, e o universo expandiria
cada vez mais, e cada vez mais rápido... O cenário final é algo difícil de
imaginar, mas seria como um “esticamento” do universo, ao infinito... A
expansão cada vez mais acelerada faria, a partir de certo momento, com as estrelas
e galáxias se expandissem de nós tão rapidamente, que não seríamos mais capazes
de vê-las; e as próprias estrelas e galáxias acabariam por se despedaçarem, no
futuro, pela ação da força expansiva cada vez mais violenta, e sem nada para
impedir sua ação dominante em relação à gravidade.
Mais ainda: descobriu-se que a ciência desconhece grande parte
do que constitui o universo. A matéria que conhecemos contribui com apenas
cerca de quatro por centro de tudo o que existe! Do que mais o universo é
constituído?
Bem, em primeiro lugar, observações astronômicas indicam que
parece haver mais matéria nas galáxias e aglomerados de galáxias, do que
realmente há. A matéria visível, somente, não explica a dinâmica observada nas
galáxias seus aglomerados; falta matéria no balanço final para explicar os
efeitos gravitacionais observados... Logo, imagina-se que haja uma espécie de matéria escura (não visível),
responsável pelo efeito gravitacional “observado” indiretamente a partir dos
movimentos dos corpos celestes.
Mas essa matéria escura ainda não preenche tudo aquilo que é
medido no universo... A matéria escura perfaz cerca de 23 % de tudo o que
constitui o universo; com mais os 4 % de matéria visível, são 27 %. E os 73 %
restantes?
Os 73 % restantes são atribuídos à energia escura, algo que também ainda não se conhece, mas que teria
um efeito gravitacional “às avessas”; ou seja, com efeito de uma força de
repulsão, ao contrário da gravidade que conhecemos, que atrai os corpos mutuamente.
A energia escura seria a responsável pela expansão acelerada do universo. A
partir de certo momento na história, quando os corpos passaram a estar
separados suficientemente, a força provocada pela energia escura – que parece não
diminuir com a expansão do universo –, passou a se sobrepor à gravidade de
atração – que diminui com a expansão –, fazendo com que o universo passasse a
se expandir de forma acelerada...
Para esclarecer: as medidas que indicam a expansão acelerada do
universo foram realizadas a partir da observação de supernovas distantes – e,
portanto, antigas. Desde que se descobriu que o universo estava em expansão
(lei de Hubble, vide o texto sobre o Pe.
Lemaître, SJ), a velocidade de expansão é medida através do desvio para o
vermelho, da luz emitida por corpos celestes.
Lembram do efeito Doppler? É ele que explica porque ouvimos uma
sirene, de um carro que se aproxima, com som mais agudo (maior frequência),
enquanto ouvimos a mesma sirene com som mais grave (menor frequência), quando o
veículo se afasta de nós. As ondas sonoras sofrem uma compressão quando o
veículo se aproxima, aumentando a frequência do som ouvido; e são distendidas
quando o veículo se afasta, causando um som com menor frequência. Vejam um “gif”
animado sobre o efeito Doppler.
Ilustração do efeito Doppler, para ondas sonoras.
Bem, o mesmo ocorre com as ondas eletromagnéticas (a luz), emitida
pelas estrelas e galáxias. Como o universo está em expansão, a luz emitida por
esses corpos celestes chega até nós com frequência menor do que realmente
possuem na origem; e em termos de luz, na escala do visível, o vermelho possui
menor frequência, e o azul, maior. Logo, corpos celestes se afastando de nós,
possuem desvio para o vermelho. Esse desvio pode ser medido por análise do
espectro da luz recebida (que indica as frequências que compõem a luz). Pela
lei de Hubble, quanto mais distantes de nós, tão mais rapidamente os corpos se
afastam – é uma lei proporcional (descrita por uma reta).
Bem, como já comentamos no blog antes (vide textos “Poeira
das estrelas” e “Poeira
das estrelas - imagens (2)”), as supernovas (e também os buracos negros)
são resultado de mortes violentas de estrelas; no caso, estrelas muito
massivas. As supernovas são explosões violentíssimas, e estão entre os
fenômenos mais cataclísmicos do universo! Durante sua explosão, uma supernova
(decorrente da morte de uma única estrela), pode chegar a brilhar tanto quanto
uma galáxia – a galáxia que a abriga, por exemplo! Fantástico, não!?
Pois bem, por esse motivo, as supernovas são tidas como verdadeiros
“faróis” no universo, pois podem ser avistadas a distâncias enormes (bilhões de
anos-luz!). Logo, por serem fenômenos muito distantes, são também muito antigos
– pois a luz levou bilhões de anos para chegar até nós. Então, observações de
supernovas distantes podem nos dar uma boa medida de como a expansão do
universo era a bilhões de anos atrás. Aí está a questão: os cientistas
observaram que a expansão cósmica era mais lenta num passado bem remoto do
universo... Logo, a expansão está mais rápida agora, ou seja: o universo está
em expansão acelerada.
Algo interessante sobre a energia escura é que ela pode corresponder
à constante cosmológica que Einstein havia proposto, inicialmente, em sua
teoria da Relatividade Geral. Lembram no texto que eu publiquei sobre o Pe.
Lemaître, SJ, que eu expliquei que Einstein havia proposto uma suposta
força de ação repulsiva, para contrabalançar a gravidade, a fim de evitar um
colapso do universo? Pois bem, quando Hubble mostrou, por observação que o
universo estava mesmo em expansão, Einstein reconheceu o trabalho do Pe.
Lemaître, SJ (e o de Friedman; vide texto citado acima), em que a expansão seria
consequência do Big Bang;
e admitiu que sua constante cosmológica havia sido um equívoco. Agora, com a
observação da (aparente; vide explicação no parágrafo seguinte para o “aparente”)
expansão acelerada do universo, parece que a constante cosmológica voltou à
cena, porém com o nome de energia escura; em todo caso, conceitualmente
semelhante: uma espécie de força gravitacional repulsiva.
Há uma explicação alternativa para os resultados dessas medidas.
O universo, em grandes escalas (escalas de aglomerados de galáxias), tem o
aspecto de uma grande “teia”, onde os elementos dessa teia são as galáxias,
“unidas” pelo efeito gravitacional entre elas (aí também há o efeito da matéria
escura). Essa teia define, então, regiões com maior concentração de massa, e
outras regiões que são grandes vazios, entre os aglomerados de galáxias (como
que “bolhas” ente os “fios” da teia). Logo, é razoável supor que o universo
esteja se expandindo de forma diferente, nessas regiões: de forma mais lenta
nas regiões mais densas, devido à gravidade entre as galáxias; e de forma mais
rápida nas regiões mais vazias. Se nós estivermos situados em uma dessas
regiões mais vazias, teremos a impressão de que o universo estaria se
expandindo de forma acelerada (de fato estaria, na nossa bolha), o que não
significa que o universo, como um todo, esteja em expansão acelerada... Vejam
imagem sobre a estrutura do universo em larga escala, com os aglomerados de
galáxias.
Imagem (simulação) da estrutura do universo em larga escala (com
os aglomerados de galáxias); é possível que, nos espaços vazios – as bolhas –, o
universo esteja se expandindo de forma acelerada; porém de forma desacelerada
nas teias.
Bem, confesso que a ideia da expansão acelerada e do Big Rip sempre me incomodou... Mas
fiquei mais em paz ao ler o texto do Pe. José
Funes, SJ, em que ele comenta sobre esse possível fim escuro e frio para o
universo – caso a teoria esteja realmente correta, como ele mesmo frisa. Mas independentemente
do que diz a ciência sobre o destino do universo, nós conjugamos ciência com
fé. E a fé, pela Revelação Divina, a partir das Sagradas Escrituras, nos
garante que, no último dia (na Segunda Vinda de Cristo, quando haverá o Juízo
Final), Deus transformará a nós e a toda a criação; não será o fim, mas teremos
novos céus e nova terra (vide a série de textos “Fim do Mundo...?” e “Novos
Céus e Nova Terra”, cujos primeiros podem ser acessados aqui
e aqui,
respectivamente). Não sabemos como será; mas sabemos que ocorrerá! Pois é digno
de toda confiança e credibilidade Aquele que diz! Não é qualquer um que diz que
haverá novos céus e nova terra; é o próprio Senhor! Então, para nós, tanto faz
se teremos Big Crunch, Big Rip, ou se o universo continuará se
expandindo de outra forma, ou o que for. Nosso coração, e todo o nosso ser, se
aquieta com a Palavra de Deus, que nos consola e dá um sentido último a tudo!
Espero que tenham gostado! Até a próxima, com a graça e a paz de
Deus!
1. Foto obtida do site: http://hubblesite.org; crédito de STScI, em contrato com a NASA.
1. Foto obtida do site: http://hubblesite.org; crédito de STScI, em contrato com a NASA.