Compreendendo a teoria do Big Bang

A teoria do big bang é a teoria dominante da origem do universo. Em essência, essa teoria afirma que o universo começou a partir de um ponto ou singularidade inicial, que se expandiu ao longo de bilhões de anos para formar o universo como o conhecemos agora.

Em 1922, um cosmólogo e matemático russo chamado Alexander Friedman descobriu que soluções para Albert Einsteiné relatividade geral equações de campo resultaram em um universo em expansão. Como crente em um universo estático e eterno, Einstein adicionou uma constante cosmológica às suas equações, "corrigindo" esse "erro" e, assim, eliminando a expansão. Mais tarde, ele chamaria isso de o maior erro de sua vida.

Na verdade, já havia evidências observacionais em apoio a um universo em expansão. Em 1912, o astrônomo americano Vesto Slipher observou uma galáxia espiral - considerada uma "nebulosa espiral" na época, já que os astrônomos ainda não sabiam que havia galáxias além da Terra. via Láctea

Em 1924, astrônomo Edwin Hubble foi capaz de medir a distância até essas "nebulosas" e descobriu que elas estavam tão distantes que na verdade não faziam parte da Via Láctea. Ele descobrira que a Via Láctea era apenas uma das muitas galáxias e que essas "nebulosas" eram na verdade galáxias por si mesmas.

Em 1927, o padre e físico católico romano Georges Lemaitre calculou independentemente a solução de Friedman e novamente sugeriu que o universo deveria estar se expandindo. Essa teoria foi apoiada por Hubble quando, em 1929, ele descobriu que havia uma correlação entre a distância das galáxias e a quantidade de redshift na luz dessa galáxia. As galáxias distantes estavam se afastando mais rápido, exatamente o que era previsto pelas soluções de Lemaitre.

Em 1931, Lemaitre foi além com suas previsões, extrapolando para trás no tempo e descobrindo que a matéria do universo alcançaria uma densidade e temperatura infinitas em um tempo finito no passado. Isso significava que o universo deveria ter começado em um ponto incrivelmente pequeno e denso da matéria, chamado "átomo primitivo".

O fato de Lemaitre ser um padre católico romano dizia respeito a alguns, pois ele apresentava uma teoria que apresentava um momento definido de "criação" para o universo. Nas décadas de 1920 e 1930, a maioria dos físicos - como Einstein - estava inclinada a acreditar que o universo sempre existiu. Em essência, a teoria do big bang foi vista como religiosa demais por muitas pessoas.

Embora várias teorias tenham sido apresentadas por um tempo, era realmente apenas a de Fred Hoyle teoria do estado estacionário isso forneceu qualquer competição real à teoria de Lemaitre. Ironicamente, foi Hoyle quem cunhou a frase "Big Bang" durante uma transmissão de rádio da década de 1950, pretendendo-a como um termo irônico da teoria de Lemaitre.

A teoria do estado estacionário previu que novas importam foi criado para que a densidade e a temperatura do universo permanecessem constantes ao longo do tempo, mesmo enquanto o universo estava em expansão. Hoyle também previu que elementos mais densos eram formados a partir de hidrogênio e hélio através do processo de nucleossíntese estelar, que, diferentemente da teoria do estado estacionário, provou ser preciso.

George Gamow - um dos alunos de Friedman - foi o principal defensor da teoria do big bang. Juntamente com os colegas Ralph Alpher e Robert Herman, ele previu o fundo cósmico de microondas (CMB), que é a radiação que deveria existir em todo o universo como um remanescente da Grande Bang. Como os átomos começaram a se formar durante o era da recombinação, eles permitiram que a radiação de microondas (uma forma de luz) viajasse pelo universo, e Gamow previu que isso radiação de microondas ainda seria observável hoje.

O debate continuou até 1965, quando Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson encontraram a CMB enquanto trabalhavam nos Laboratórios Bell Telephone. O radiômetro Dicke, usado para radioastronomia e comunicações via satélite, alcançou uma temperatura de 3,5 K (uma correspondência próxima à previsão de 5 K de Alpher e Herman).

Durante o final dos anos 1960 e início dos anos 1970, alguns defensores da física do estado estacionário tentaram explicar esse achado enquanto ainda negando a teoria do big-bang, mas até o final da década, ficou claro que a radiação CMB não possuía outra plausível explicação. Penzias e Wilson receberam o Prêmio Nobel de 1978 em física por essa descoberta.

Algumas preocupações, no entanto, permaneceram em relação à teoria do big bang. Um deles foi o problema da homogeneidade. Os cientistas perguntaram: Por que o universo parece idêntico, em termos de energia, independentemente de qual direção se olha? A teoria do big bang não dá ao universo primitivo tempo para alcançar Equilíbrio térmico, então deve haver diferenças de energia em todo o universo.

Em 1980, o físico americano Alan Guth propôs formalmente teoria da inflação para resolver esse e outros problemas. Essa teoria diz que, nos primeiros momentos após o Big Bang, houve uma expansão extremamente rápida do universo nascente impulsionado pela "energia de vácuo de pressão negativa" (que pode de alguma forma, relacionado às teorias atuais de energia escura). Como alternativa, teorias de inflação, de conceito semelhante, mas com detalhes ligeiramente diferentes, foram apresentadas por outros nos anos seguintes.

O programa Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) da NASA, iniciado em 2001, forneceu evidências que apóiam fortemente um período de inflação no início do universo. Essa evidência é especialmente forte nos dados de três anos divulgados em 2006, embora ainda existam algumas pequenas inconsistências com a teoria. O Prêmio Nobel de Física de 2006 foi concedido a John C. Mather e George Smoot, dois trabalhadores-chave do projeto WMAP.

Embora a teoria do Big Bang seja aceita pela grande maioria dos físicos, ainda existem algumas questões menores a respeito. Mais importante, porém, são as perguntas que a teoria não pode sequer tentar responder:

• O que existia antes do Big Bang?
• O que causou o Big Bang?
• Nosso universo é o único?

As respostas para essas perguntas podem muito bem existir além do campo da física, mas são fascinantes, no entanto, e respostas como a multiverso A hipótese fornece uma área intrigante de especulação para cientistas e não cientistas.

Quando Lemaitre propôs originalmente sua observação sobre o universo primitivo, ele chamou esse estado inicial do universo de átomo primitivo. Anos depois, George Gamow aplicaria o nome ylem. Também foi chamado de átomo primordial ou mesmo ovo cósmico.