Quais mistérios o Universo guarda? Por que que a gente existe? Pra onde a gente vai depois que morre? Por que a natureza tem leis?
Olha, a física não responde a essas perguntas, não. A física e toda a ciência são descritivas, isto é, elas explicam “como” as coisas acontecem, os porquês últimos das coisas, não. O que fazemos é tentar investigar hipóteses plausíveis para um começo e um possível fim de tudo…
Assim como no caso da Teoria do Big Bang. Essa proposta postula que o Universo teve três principais eras: a era da radiação, era da matéria e era da energia escura.
No início, o Universo surgiu de uma singularidade, um ponto onde todo o espaço-tempo estavam comprimidos em densidades e pressão infinitas. Neste momento, a física não tem a mínima ideia do que ocorria.
Então é isso, o Big Bang ocorreu há uns 13,7 bilhões de anos, desencadeando a expansão e o resfriamento do Universo, que antes se encontrava em um estado infinitamente denso e quente, e desde então ele foi evoluindo e passou por três eras.
Pra resumir bem mesmo: Logo depois do Big Bang, o calor extremo não permitia que a matéria fosse estável. Durante uns 370 mil anos, tudo era radiação. A expansão do Universo foi dominada pelos efeitos da radiação ou partículas de alta velocidade, já que, em altas energias, todas elas se comportam como radiação.
Posteriormente à era da radiação, veio a da matéria, que durou 9,8 bilhões de anos. Nela, a energia das radiações e a temperatura diminuíram, o que deu lugar a partículas mais lentas e menos energéticas. Estrelas, galáxias, planetas começaram a se formar…
Em seguida, o cosmos entrou na era da energia escura. Ela é proposta pela cosmologia como a última das três principais fases do Universo conhecido. A energia escura é a força misteriosa que acelera a expansão.
E hoje sabemos que 5% do Universo é feito de matéria, e o restante se divide em energia e matéria escuras. Estas duas, ainda não temos a mínima ideia do que seja realmente. Há muitos modelos, mas ainda sem comprovação experimental.
Para estudar e entender cada um desses momentos, nós, cosmólogos, trabalhamos com equações, amparadas pela Relatividade Geral, de Albert Einstein. Cada equação é usada para analisar uma era do Universo e ajustada de acordo com o que se está observando. É uma aventura sem fim! Com muita coisa ainda para se descobrir!
Em escalas de milhões de anos-luz, encontramos os superaglomerados de galáxias e os enormes vazios entre eles, mas se vamos para escalas ainda maiores, de bilhões de anos-luz, daí vemos que a distribuição fica uniforme. Ou seja, em escalas muito grandes, o Universo parece realmente uniforme, e o princípio cosmológico é válido.
Hoje também sabemos que o Universo está se expandindo…
Mas como a gente sabe disso?
Foi o Hubble. Conhece o Hubble? Sim, tem o telescópio que foi batizado com esse nome em homenagem ao astrônomo Edwin Hubble. Genial e trabalhador incansável, foi quem descobriu a expansão do Universo, em 1929, no observatório de Monte Wilson na Califórnia. Observando e medindo a luz que vinha de galáxias distantes, percebeu que elas estavam se afastando umas das outras. Mas, como?
Ele fez essa descoberta revolucionária analisando o que a gente chama de deslocamento Doppler dessas galáxias distantes. É assim ó: Luz são ondas eletromagnéticas, certo? Quando uma estrela ou uma galáxia se afasta de nós, o comprimento da luz emitida por elas aumenta, desviando para a região do vermelho no espectro eletromagnético. Quando se aproxima de nós, o comprimento de onda diminui, aumentando a sua frequência, tornando-se mais azul.
Então, ao captar a luz dessas galáxias distantes, cujas luminosidades já eram catalogadas, o Hubble descobriu que na média elas estavam com desvios para o vermelho. Ou seja, estavam se afastando de nós! Algo que nunca havia sido observado antes pelos astrônomos. O Universo estava em expansão! Exatamente da maneira como as equações de Einstein para a relatividade Geral haviam previsto, em 1915!
Nessa época, em 1915, para se adequar à ideia vigente de que o Universo era estático, o Einstein ajustou na marra um termo a mais na sua equação, a constante cosmológica, o que, a princípio, eliminava a expansão do Universo prevista por suas equações. Quando visitou Hubble em 1931, Einstein entendeu as provas de que o universo está se expandindo e comentou que a constante cosmológica havia sido o seu maior erro!
Décadas mais tarde, na década de 1990, a constante cosmológica voltaria às equações de campo de Einstein, já que outra descoberta chocante havia sido feita: O universo está em expansão e a velocidade dessa expansão aumenta com o tempo.
Existirá um fim do universo?
Há duas maneiras pelas quais tudo se acabará. À medida que expande, o Universo diminui em densidade, e hoje, sabendo que a velocidade dessa expansão só aumenta com o tempo, em um momento, se a densidade do Universo for extremamente pequena, não haverá gravidade suficiente que possa reverter essa expansão cósmica, e então o Universo vai se expandir para sempre, sua temperatura vai chegar cada vez mais perto do zero absoluto, e tudo morrerá no que chamamos de “Big Freeze”.
Num tempo muito, muito grande, as estrelas usarão todo seu combustível nuclear, o céu ficará escuro e os buracos negros irão evaporar! Isso mesmo. O Universo terminará sem vida em uma espécie de mar congelado de partículas espalhadas no espaço-tempo.
Outro fim previsto pela relatividade geral é se o Universo tiver densidade suficiente, então a gravidade das galáxias pode ser suficiente para reverter a expansão. Tudo então vai colapsar num “Big Crunch”, onde as temperaturas irão subir a níveis altíssimos e acabar com toda vida do Universo, e ele irá voltar às condições parecidas às iniciais do Big Bang.
Mas a descoberta de que o Universo se expande aceleradamente levou os físicos a enxergarem um terceiro final possível, revendo as duas teorias anteriores, tudo amparado em leis matemáticas e observações experimentais.
Como a velocidade de expansão do Universo só aumenta, talvez ele morra num evento batizado de “Big Rip”, em português “grande rasgo”. Daqui um tempo, o Universo vai se expandir tão velozmente que o céu noturno ficará totalmente escuro, porque a luz das estrelas vizinhas não vai conseguir chegar até nós e tudo vai se aproximar do zero absoluto. O próprio espaço-tempo, que estará se expandindo mais rápido que a luz, se “rasgará”!
