Ao assar um pão ou uma fornada de muffins, coloque a massa em uma assadeira. À medida que a massa assa no forno, ela se expande na assadeira. À medida que o pão ou muffin se expande, quaisquer pedaços de chocolate ou frutas vermelhas na massa se distanciarão uns dos outros.
A expansão do universo é semelhante em alguns aspectos. Mas esta analogia é falha num aspecto: quando a massa se expande dentro da forma, o universo não tem nada para se expandir. Ele apenas se expande sobre si mesmo.
Pode ser difícil de entender, mas o universo é considerado tudo dentro do universo. No universo expandido, não existe assadeira. Apenas farinha. Mesmo que existisse uma assadeira, ela faria parte do universo, e assim o universo se expandiria junto com a assadeira.
Mesmo para mim, professor de física e astronomia que estuda o universo há anos, esses conceitos são difíceis de compreender. Você nunca experimenta nada assim em sua vida diária. É como perguntar qual direção é mais ao norte no Pólo Norte.
Outra maneira de pensar sobre a expansão do universo é como outras galáxias estão se afastando da nossa galáxia, a Via Láctea. Os cientistas sabem que o Universo está a expandir-se porque podem seguir outras galáxias à medida que se afastam de nós. Eles definem a expansão usando a taxa com que outras galáxias se afastam de nós. Esta definição permite-lhes imaginar extensões sem exigir que nada seja estendido.
O Universo Expandido
O universo começou com o Big Bang, há 13,8 bilhões de anos. O Big Bang descreve a origem do universo como uma singularidade extremamente densa e quente. Este pequeno ponto subitamente sofre uma rápida expansão chamada inflação, de modo que todo o universo é subitamente separado. Mas o nome Big Bang é enganoso. Não foi uma explosão gigante, como o nome sugere, mas um momento em que o universo se expandiu rapidamente.
Então o universo rapidamente condensou-se e esfriou e começou a produzir matéria e luz. Eventualmente, ele evoluiu para o que conhecemos hoje como nosso universo.
A ideia de que o nosso universo não é estático e pode estar em expansão ou contração foi expressa pela primeira vez pelo físico Alexander Friedman em 1922. Ele confirmou matematicamente que o universo estava se expandindo.
Embora Friedman tenha provado que o universo estava em expansão, pelo menos em algum momento, foi Edwin Hubble quem analisou mais detalhadamente a taxa de expansão. Muitos outros cientistas confirmaram que outras galáxias estavam a afastar-se da Via Láctea, mas em 1929, Hubble publicou o seu famoso artigo que confirmou que todo o Universo estava a expandir-se e que a taxa de expansão estava a aumentar.
Esta descoberta continua a intrigar os astrofísicos. Que fenômeno permite ao universo superar a força gravitacional que o mantém separado e, ao mesmo tempo, permite que os objetos do universo se expandam para longe uns dos outros? E, além de tudo isto, a sua taxa de expansão está a acelerar ao longo do tempo.
Muitos cientistas usam um diagrama chamado funil de expansão para descrever como a expansão do universo acelerou após o Big Bang. Imagine um funil profundo com borda larga. O lado esquerdo do funil – a extremidade estreita – representa o início do universo. Quando você se move para a direita, você avança no tempo. A largura do cone representa a expansão do universo.
O funil de expansão mostra visualmente como a taxa de expansão do universo aumentou ao longo do tempo. No lado esquerdo do funil está o Big Bang e, desde então, o universo tem se expandido a um ritmo cada vez mais rápido.NASA
Os cientistas não conseguiram medir diretamente de onde vem a energia que provoca esta expansão acelerada. Eles não foram capazes de detectá-lo ou medi-lo. Como não podem ver ou medir diretamente esse tipo de energia, eles a chamam de energia escura.
De acordo com o modelo dos pesquisadores, a energia escura deveria ser a energia mais comum no universo, representando cerca de 68% da energia total do universo. A energia contida nos objetos do cotidiano, que constituem a Terra, o Sol e tudo o que vemos, representa apenas 5% de toda a energia do universo.
A matéria escura e a energia escura constituem a maior parte do universo.Observatório do Banco Verde, CC BY-NC-ND
Fora do funil de expansão
Então, o que está além do funil de expansão?
Os cientistas não têm nenhuma evidência além do nosso universo conhecido. No entanto, alguns previram que pode haver múltiplos universos. Um modelo que inclua múltiplos universos poderia corrigir alguns dos problemas que os cientistas encontram nos modelos atuais do nosso universo.
Um grande problema com a nossa física actual é que os investigadores não conseguem unificar a mecânica quântica, que descreve como a física funciona em escalas muito pequenas, e a gravidade, que governa a física em grandes escalas.
As leis de como a matéria se comporta em pequenas escalas dependem de quantidades potenciais e “quantizadas” ou constantes de energia. Nessa escala, os objetos podem entrar e sair da existência. A matéria pode se comportar como uma onda. O mundo quântico é muito diferente da forma como vemos o mundo.
Em grande escala, no que os físicos chamam de mecânica clássica, os objetos comportam-se como esperamos que se comportem na vida quotidiana. A matéria não é medida e pode ter uma quantidade constante de energia. A matéria não passa a existir e não sai.
O mundo quântico se comporta como um interruptor de luz, onde a energia só tem a opção de ligá-lo e desligá-lo. O mundo que vemos e com o qual interagimos se comporta como um interruptor dimmer, permitindo todos os níveis de energia.
Mas os pesquisadores enfrentam problemas quando tentam estudar a gravidade no nível quântico. Numa escala menor, os físicos têm de assumir que a gravidade é medida. Mas muitos dos seus estudos não apoiam esta ideia.
Além da Via Láctea existe um universo em expansão infinita.DECaPS2/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA, M. Zamani e D. de Martin via AP
Uma maneira pela qual essas teorias funcionam juntas é a teoria do multiverso. Existem muitas teorias além do nosso universo atual para explicar como a gravidade e o mundo quântico funcionam juntos. Algumas das principais teorias incluem teoria das cordas, cosmologia cerebral, teoria do loop quântico e muito mais.
Independentemente disso, o Universo continuará a expandir-se, aumentando a distância entre a Via Láctea e outras galáxias ao longo do tempo.
Nicole Granucci não presta consultoria, trabalha, possui ações ou recebe financiamento de qualquer organização ou organização que possa se beneficiar da publicação deste artigo e não revelou relacionamentos relevantes fora de sua posição acadêmica.