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A primeira grande questão para os cosmólogos: o tempo tem um começo?

• A descoberta da expansão cósmica mudou nossa compreensão do Universo.
• Também apresentou aos cosmólogos um desafio muito difícil: a ciência pode juntar a história cósmica desde o início dos tempos?
• Embora possa ser tentador concluir que somos o centro do Universo, não somos. O Big Bang acontece em todos os lugares ao mesmo tempo.

Este é o quarto artigo de uma série sobre cosmologia moderna. Cada artigo é uma peça independente, mas encorajamos você a ler as parcelas anteriores aqui , aqui , e aqui .

Durante as primeiras décadas do século 20, físicos e astrônomos trabalharam juntos para descobrir algo notável: a expansão do Universo. Essa nova descoberta incorporou maravilhosamente a plasticidade do espaço-tempo, que foi a pedra angular da relatividade geral.

Afastando-se umas das outras, carregadas pela geometria em expansão do Universo, bilhões de galáxias preenchem o vazio cada vez maior do espaço com sua riqueza de formas e luz. O Universo é uma entidade dinâmica, dançando ao som da constante transformação. Em todas as escalas, desde os menores componentes da matéria até o Universo como um todo, uma imagem de movimento e mudança emergiu como a visão moderna da natureza, substituindo a estrutura clássica mais rígida.

Cosmologia, uma nova forma de narrativa científica

Essa destruição das formas clássicas de expressão da realidade física encontrou paralelos poderosos nas artes. (Veja minha série para 13,8 em o nascimento da física quântica .) O modernismo encontrou caminhos na literatura, com T.S. Eliot, Franz Kafka, Virgínia Woolf e James Joyce. Na música, Gustav Mahler e Anton Bruckner foram seguidos por Igor Stravinsky e Béla Bartók. Pintores como Pablo Picasso e Georges Braque também representaram afastamentos radicais das formas clássicas de criação artística. Havia uma necessidade crescente de expandir os modos de expressão humana em todas as direções que acompanhavam a emergente narrativa científica da realidade física.

de Edwin Hubble descobertas na década de 1920 deixou claro que a Via Láctea era uma entre bilhões de outras galáxias e que o Universo estava se expandindo. O que os cosmólogos queriam, então, era saber contar a história cósmica. Expansão implica mudança, então o desafio era entender o que estava mudando e no que se transformou. Perguntas que inspiraram religiões em todo o mundo vieram à tona para assombrar e inspirar. A nova ciência do cosmos teve que abraçar uma dimensão metafísica, querendo ou não.

As perguntas eram da variedade fundamental: Se o Universo está se expandindo, ele teve um começo? Terá um fim? Quão grande é isso? Quantos anos tem isso? Sua expansão significa que existe algo fora do Universo? E se o Universo teve um começo, o raciocínio científico pode entendê-lo?

Assim como os criadores de mitos de culturas de todo o mundo fizeram desde tempos imemoriais, os cientistas poderiam explorar essas questões com paixão e devoção renovadas. Armados com novas ferramentas de descoberta, como grandes telescópios e detectores de partículas, eles levariam a investigação científica até seus limites – e até mesmo além de seus limites, criando modelos que vão onde ninguém jamais foi . Essa é a aposta que os cientistas devem fazer, pois se não ousarmos ir além de nossos limites, não poderemos estender os limites do que sabemos. O risco é o melhor amigo da curiosidade.

Não somos o centro do universo

A próxima geração de modelos cosmológicos surgiu após a Segunda Guerra Mundial. Continuaria a misturar os limites do grande e do pequeno, combinando ideias da física nuclear e de partículas na história do Universo como um todo. Os cientistas forjariam a conexão entre o espaço interior e o espaço exterior, uma revolução da qual tive a sorte de fazer parte como um jovem físico. Em uma terra de fronteiras distantes, um viajante ávido sempre descobrirá novas maravilhas.

Com o desenvolvimento da cosmologia física no início do século 20 – ou seja, com a promoção da cosmologia a uma ciência física – tornou-se possível, pela primeira vez na história da humanidade, abordar questões de origens de forma quantitativa. De volta à expansão cósmica: Se pudéssemos imaginar a evolução do Universo como um filme que podemos reproduzir à vontade (algo que faremos muito nos próximos artigos desta série), reproduzi-lo ao contrário nos levaria a algum ponto no passado, um tempo finito atrás, quando as galáxias devem ter sido agrupadas em uma pequena região do espaço.

Como agora vemos as galáxias se afastando da Via Láctea em todas as direções, retroceder nos leva a uma época em que todas as galáxias estavam se aglomerando ao nosso redor. É muito tentador imaginar que isso significa que somos o centro do Universo. Mas não somos. Lembre-se que o Universo não tem centro, que todos os pontos espaciais são equivalentes. O que vemos de nosso local perfeitamente mundano no Universo é o que outros observadores veriam de qualquer outro ponto do Universo. Ao rebobinar o filme cósmico, eles também veriam todas as galáxias se aproximando deles, levando a uma crise final que era a realidade do cosmos há um tempo finito. O Big Bang acontece em todos os lugares ao mesmo tempo.

O tempo tem um começo?

Após a Segunda Guerra Mundial, duas escolas diferentes passaram a dominar pensamento cosmológico . Um contou uma história em que o tempo começa no Big Bang, enquanto no outro não há tempo cósmico e nem Big Bang - o tempo passa localmente, mas o Universo permanece o mesmo em média. As duas escolas iriam para a batalha para decidir quem estava certo. Como sempre acontece na ciência, os dados riram por último. Iremos lá na próxima semana.

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