CosmologiaNada de universo sem big bang

Euclécio Josias Rodrigues2 anos atrás1Fig 1. Credito: J.-L. Lehners (Max Planck Institute for Gravitational Physics)
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Traduzido de Phys.org

De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, a curvatura do espaço-tempo era infinita no Big Bang. Na verdade, neste ponto, todas as ferramentas matemáticas falham e a teoria quebra. No entanto, permaneceu a noção de que talvez o início do universo pudesse ser tratado de forma mais simples e que os infinitos do big bang poderiam ser evitados. Essa foi, de fato, a esperança expressada desde os anos 80 pelos conhecidos cosmólogos James Hartle e Stephen Hawking com sua “proposta sem fronteiras”, e por Alexander Vilenkin com sua “proposta de tunelamento”. Agora, cientistas do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein/AEI) em Potsdam e no Instituto Perimeter no Canadá foram capazes de usar melhores métodos matemáticos para mostrar que essas idéias não podem funcionar. O big bang, em sua glória complicada, mantém todo o seu mistério.

Um dos principais objetivos da cosmologia é entender o início do nosso universo. Dados da missão do satélite Planck mostram que 13,8 bilhões de anos atrás, o universo consistiu em uma sopa quente e densa de partículas. Desde então o universo vem se expandindo. Este é o princípio fundamental da teoria do big bang quente, mas a teoria não descreve os próprios primeiros estágios, já que as condições eram muito extremas. De fato, quando nos aproximamos do big bang, a densidade da energia e a curvatura crescem até atingir o ponto em que se tornam infinitos.

Como alternativa, as propostas “sem fronteiras” e “tunelamento” assumem que o pequeno universo inicial surgiu por túnel quântico a partir do nada e, posteriormente, cresceu no extenso universo que vemos. A curvatura do espaço-tempo teria sido grande, mas finita neste estágio inicial, e a geometria teria sido suave – sem fronteira (veja a Fig. 1, lado esquerdo). Esta configuração inicial substituiria o big bang padrão. No entanto, por um longo tempo, as verdadeiras consequências dessa hipótese não ficaram claras. Agora, com a ajuda de melhores métodos matemáticos, Jean-Luc Lehners, líder do grupo na AEI e seus colegas Job Feldbrugge e Neil Turok no Perimeter Institute, conseguiram definir as teorias de 35 anos de maneira precisa pela primeira vez e calcularam suas implicações. O resultado dessas investigações é que essas alternativas ao big bang não são alternativas verdadeiras. Como resultado da relação de incerteza de Heisenberg, esses modelos não implicam que apenas os universos suaves possam entrar no túnel, mas também universos irregulares. Na verdade, quanto mais irregulares e enrugados forem, mais provável (veja a Fig. 1, lado direito). “Consequentemente a ‘proposta sem fronteiras’ não implica um extenso universo como aquele em que vivemos, mas sim pequenos universos curvos que colapsariam imediatamente”, diz Jean-Luc Lehners, que lidera o grupo da “cosmologia teórica” no AEI.

Logo, não se pode contornar o big bang tão facilmente. Lehners e seus colegas estão agora tentando descobrir o mecanismo que poderia ter mantido aquelas grandes flutuações quânticas sob controle nas circunstâncias mais extremas, permitindo que nosso extenso universo se desdobrasse.

Mais informações: Job Feldbrugge et al. Lorentzian quantum cosmology, Physical Review D (2017). DOI: 10.1103/PhysRevD.95.103508