Big Bang - A origem do universo

Big Bang - A origem do Universo

Esta imagem, em tonalidades codificadas, é efetivamente uma foto do universo quando tinha somente 300.000
anos de idade, ou seja, há 15 x l0⁹ anos. Esta figura é o que você veria se olhasse em todas as direções (a visão
foi condensada até este oval). Manchas de luz dos átomos estendem-se pelo " céu" mas ainda não se formaram
galáxias, estrelas e planetas. Como é possível obter uma foto como esta do universo tão jovem?

A Radiação de Fundo em Microondas

Em 1965, Arno Penzias e Robert Wilson, então no que agora são os Laboratórios da AT&T Bell, estavam testando um delicado receptor de microondas usado em pesquisas de comunicações. Descobriram então um fraco ruído de fundo que permanecia imutável em intensidade, qualquer que fosse a direção da antena. Ficou claro que Penzias e Wilson estavam observando uma radiação de fundo em microondas, gerada no universo primitivo e que enchia todo o espaço, quase uniformemente. Essa radiação de fundo, com um máximo de intensidade no comprimento de onda de 1,1 mm, tinha a mesma distribuição em comprimento de onda que a radiação de uma cavidade na temperatura de 2,7 K. A cavidade, no caso, era o próprio universo. Penzias e Wilson receberam o prêmio Nobel de 1978 pela descoberta que fizeram.

Essa radiação originou-se cerca de 300.000 anos depois do Big Bang, quando o universo subitamente se tornou transparente à radiação eletromagnética. Naquela época a radiação presente corresponderia, talvez, a uma temperatura da ordem de 10⁵ K. À medida que o universo se expandiu, a temperatura foi caindo, até os 2,7 K dos dias de hoje, assim como se reduz a temperatura de um gás que se expande adiabatica mente.

Arno Penzias (à direita) e Robert Wilson, diante da grande
antena corneta com a qual detectaram, pela primeira vez, a radiação
de fundo em microondas. Esta radiação, remanescente do
universo primitivo, chega à Terra de todas as direções, continuamente
Na realidade, todo o universo está cheio dela.

O Big Bang

Em 1985, um físico comentou num encontro científico:

É tão certo que o universo principiou no Big Bang, há cerca de 15 bilhões de anos, quanto é certo que a Terra orbita em torno do Sol.

Esta afirmação segura sugere o nível de confiança que a teoria do Big Bang, proposta inicialmente por George Gamow e seus colegas, tem entre os que investigam essas questões.

Você não deve imaginar o Big Bang como uma grande bomba pirotécnica e que, pelo menos em princípio, seria possível ficar de lado e observá-lo. Não há como "ficar de lado", pois o Big Bang representa o início do próprio espaço-tempo. Do ponto de vista do universo atual, não há ponto no espaço sobre o qual se possa dizer, "o Big Bang aconteceu aqui" O Big Bang aconteceu em todo o espaço.

Além disso, não há tempo "antes do Big Bang", pois o tempo principiou com esse evento. Vamos ver o que ocorreu em alguns intervalos de tempo sucessivos ao da criação do tempo.

Entre Zero (Big Bang) e 10^-43 s. Neste diminuto porém importante período* pouca coisa conhecemos, pois as leis da física, como as conhecemos, não valiam. (Como disse um autor: "Como se pode fazer física numa situação como esta, quando espaço e tempo estão desligados, e não há descrição do caso no Halliday e Resnick?"). No instante 10^-43 s, a temperatura do universo é cerca de 1023 K e o universo se expande rapidamente.

Entre 10^-43 s e 10^-35 s. Durante este período, as forças forte, fraca e eletromagnética atuam como uma única força descrita pela Teoria da Grande Unificação. A gravitação atua separadamente, como nos dias de hoje.

Entre 10^-35 s e 10^-10 s. A força forte se "congela" deixando a força eletrofraca continuar a atuar, como força unificada.

Entre 10^-10 s e 10^-5 s. Todas as quatro forças aparecem separadamente, como nos dias de hoje. O universo é constituído por uma "sopa" quente de quarks, léptons e fótons.

Entre 10^-5 s e 3 min. Os quarks se unem para formar mésons e bárions. A matéria e a antimatéria se aniquilam, desaparecendo a antimatéria e deixando um ligeiro excesso de matéria com a qual se forma o nosso presente universo.

Entre 3 min e 10⁵ anos. Os prótons e nêutrons se juntam para formar os nuclídeos leves, como o 4He, o 3He, o 2H e o 7Li, com as abundâncias que encontramos hoje. O universo é constituído por um plasma de núcleos e elétrons.

Entre 10⁵ anos e hoje. No princípio deste período, os elétrons podiam orbitar em torno dos prótons, a fim de formar átomos de hidrogênio, sem serem imediatamente expulsos das órbitas pelos fótons presentes. A luz que foi emitida durante a formação desses átomos é a radiação de fundo em microondas que foi detectada por Penzias e Wilson em 1965. Então, a radiação libertada pelos átomos durante esses tempos antigos nos dá uma imagem de como era o universo quando tinha cerca de 10⁵ anos de idade.

Medidas feitas depois de 1965 sugeriram que a radiação de fundo em microondas é uniforme em todas as direções, o que significa que toda a matéria (partículas e átomos) no universo estava distribuída uniformemente, quando o universo tinha 10⁵ anos de idade. Essa descoberta é intrigante, pois a matéria, no universo atual, não está distribuída uniformemente. mas se agrupa em galáxias, em aglomerados de galáxias e em superaglomerados galáticos. Existem também grandes vazios, com relativamente pouca matéria, e regiões tão cheias de matéria que são denominadas paredes. Se a teoria do Big Bang, sobre o início do universo. for mesmo aproximadamente correta, as sementes desta distribuição não-uniforme de matéria devem ter existido antes de o universo ter 10⁵ anos e devem manifestar-se, hoje, por uma distribuição não-uniforme da radiação de fundo.

Em 1992, as medições feitas pelo satélite Explorador do Fundo Cósmico, da NASA, revelaram que a radiação de fundo não é, de fato, perfeitamente uniforme. A imagem mostrada na abertura deste capítulo foi feita a partir destas medidas e nos mostra o universo quando tinha apenas 300.000 anos. Como você pode ver, a aglomeração de matéria. em larga escala, já começara. A teoria do Big Bang, pelo menos em princípio, está no caminho certo.

Breve Discussão Final

Nestes parágrafos finais, vamos parar por um momento e analisar para onde este rápido acúmulo de conhecimentos sobre o universo está nos levando. E sobre a satisfação proporcionada a um grande grupo de físicos que, motivados pela curiosidade, estão além da competição.

Entretanto, alguns vêem esse aumento de conhecimentos como uma experiência de certa forma humilhante, pois cada passo nessa direção revela, com maior clareza, a nossa insignificância relativa no grande esquema das coisas do universo. Assim, numa cronologia aproximada, percebemos que:

A nossa Terra não é o centro do sistema solar.
O nosso Sol é uma entre muitas estrelas.
A nossa galáxia é uma entre muitas, e o nosso Sol é uma insignificante estrela próxima à sua borda.
A nossa Terra tem, talvez, apenas um terço da idade do universo e seguramente irá desaparecer quando o Sol esgotar o seu combustível e se tornar uma estrela gigante vermelha.
Nós, humanos, estamos na Terra há menos de um milhão de anos, um simples piscar de olhos no tempo cosmológico.
E o golpe final : os nêutrons e os prótons de que somos feitos não são a forma de matéria predominante no universo. Como disse alguém, nem mesmo fomos feitos com o material certo!

Acontece, porém, e esse é o lado positivo, que fomos nós mesmos que descobrimos todos esses fatos. Embora a nossa posição no universo possa ser insignificante, as leis da física, que descobrimos (ou que desvendamos?), parecem valer por todo o universo e - tanto quanto sabemos - parecem valer no passado e no futuro. Pelo menos não há evidências da validade de outras leis em outras partes do universo. Então, a menos que haja uma outra reivindicação. podemos carimbar estas leis da física com um "Descoberta na Terra". Há ainda muita coisa a ser descoberta, e por isso encerramos este texto com as palavras otimistas de um filósofo:

'O universo está cheio de coisas misteriosas esperando pacientemente que o nosso espírito fique mais aguçado.'

Texto extraído do livro: Fundamentos de Física 4 - Óptica e Moderna - Halliday - Renisck - Walker - 4º Edição - LTC