Pergunte ao Ethan nº 102: Tudo no universo tem a mesma idade?
Crédito da imagem: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch, Universidade da Califórnia, Santa Cruz; R. Bouwens, Universidade de Leiden; e a Equipe HUDF09.
Não existe tempo absoluto, mas depois de 13,8 bilhões de anos, há algo relativamente diferente?
O número total de pessoas que entendem o tempo relativista, mesmo depois de oitenta anos desde o advento da relatividade especial, ainda é muito menor do que o número de pessoas que acreditam em horóscopos. – Yuval Ne'eman
Já se passaram 13,8 bilhões de anos desde o Big Bang, algo que conseguimos datar a partir de uma variedade de linhas de evidência . Mas essa é a quantidade de tempo que passou para nós desde o Big Bang; já que o tempo é relativo, o que isso significa para observadores em outras partes do Universo? Depois de peneirar suas dúvidas e sugestões enviadas , escolhi este do Rafael Bernal:
Se o tempo é relativo, existe um tempo absoluto que rege todo o Universo? Quando dizemos que o Universo tem 13,8 bilhões de anos, esse tempo se aplica apenas à Terra ou a todo o Universo?
Nossa Terra existe em nossa galáxia, e tudo o que percebemos dentro dela tem os mesmos 13,8 bilhões de anos. Bem, quase.
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons ForestWander , a partir de http://www.forestwander.com/ .
Veja bem, os planetas, estrelas e outros pontos de luz que vemos em nosso céu noturno não têm exatamente a mesma idade que nós. Como a velocidade da luz é finita, se olharmos para uma estrela, digamos, a 100 anos-luz de distância, veremos como era há 100 anos, não como é hoje. Quando você compara isso com 13,8 bilhões de anos, no entanto – mesmo se você levar uma estrela por toda a nossa galáxia a 100.000 anos-luz de distância – essa diferença é insignificante. A diferença entre 13.800.000.000 e 13.799.900.000 anos não vale muito.
Mas se começarmos a olhar para outras galáxias – em galáxias muito distantes, essa história começa a mudar.
Crédito da imagem: Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), de uma fatia 2-D do nosso cosmos.
Cada ponto na imagem acima é uma galáxia em si. O filamento verde que você vê é um recurso conhecido como Grande Muralha de Sloan , e está localizado a aproximadamente um bilhão de anos-luz da Terra. As galáxias que estamos vendo nessa estrutura têm apenas aproximadamente 12,8 bilhões de anos, e as galáxias mais distantes vistas na imagem acima são ainda mais jovens do que isso.
De fato, à medida que olhamos cada vez mais longe, encontramos galáxias que remontam a quando o Universo era menor do que 1 bilhões de anos, e era apenas uma pequena porcentagem de sua idade atual.
Crédito da imagem: NASA, ESA e A. Feild (STScI), via http://www.spacetelescope.org/images/heic0805c/ .
Se nossos telescópios (e nosso poder de coleta de luz) fossem bons o suficiente, seríamos capazes de ver estrelas individuais com muito poucos elementos pesados nelas, assim como mais de 99% dos átomos naquela época ainda eram o hidrogênio e o hélio intocados. formado a partir do Big Bang. Quase não haveria carbono, oxigênio, silício, fósforo, ferro e muito mais que requer estrelas para fazer.
Por causa disso, praticamente não haveria planetas rochosos, moléculas orgânicas e nenhuma chance de vida nesses locais. Quando vemos essas galáxias em seu estado primitivo e primitivo, estamos literalmente olhando para trás no tempo.
Crédito da imagem: M. Kornmesser / ESO.
Mas esse é um ponto muito importante aqui! Não estamos olhando para essas galáxias como existem hoje , mas sim é a nossa perspectiva: somos nós que olhamos para trás no tempo!
Para alguém em uma estrela distante, em uma galáxia distante ou dezenas de bilhões de anos-luz em todo o Universo, nós seriam aqueles que pareciam estar no passado. Para alguém a 100 anos-luz de distância, nunca haveria sinais de uma bomba nuclear na Terra; nunca teríamos inventado o computador; nenhuma transmissão de televisão jamais teria sido transmitida; mesmo os tubos de vácuo amplificadores ainda não teriam sido inventados. Para alguém em uma galáxia a um bilhão de anos-luz de distância, nosso Sol pareceria mais jovem e mais escuro, a Terra teria abrigado apenas vida unicelular, sem plantas ou animais discerníveis, e os continentes de nossos planetas seriam em sua maioria estéreis, cobertos apenas por gelo e sujeira.
Crédito da imagem: Planetary Visions Limited, via http://www.planetaryvisions.com/display.php?id=7203_1&t=0&w=1 .
E o mais assustador, para alguém vendo o que se tornaria nós das galáxias mais distantes e visíveis, nossa Terra e nosso Sol não apenas ainda não existiriam, mas muito provavelmente a Via Láctea também não existiria. Em vez disso, seríamos uma série de pequenas nuvens de gás e proto-galáxias, ainda para nos fundir na estrutura espiral que viria a formar nossa casa. Somente os aglomerados globulares mais antigos e antigos – agora encontrados no halo de nossa galáxia – existiriam e seriam ricos em estrelas quentes, jovens e azuis, todas elas já distantes há bilhões de anos.
Para qualquer um desses observadores, seja em outra estrela, em outra galáxia ou em todo o Universo, elas veria um Universo muito semelhante a nós:
- Um Universo que tem 13,8 bilhões de anos hoje.
- Um Universo onde, em todas as direções que eles olham, eles parecem estar vendo mais longe no passado.
- Um Universo em que o fundo cósmico de micro-ondas esfriou para 2,725 K hoje.
- Um Universo em que a grande teia cósmica parece indistinguível da teia cósmica que vemos.
- E um Universo onde, se eles olhassem para nós, eles nos veriam exatamente há tanto tempo quanto nós os vemos.
Crédito da imagem: 2dF Galaxy Redshift Survey, via http://magnum.anu.edu.au/~TDFgg/ .
Com tudo isso em mente, não parece que existe algum tipo de tempo absoluto, afinal?
Embora possa parecer assim, acontece que não é bem o caso! O que acaba sendo verdade é que o Big Bang ocorreu em todo o espaço há 13,8 bilhões de anos, e isso é verdade quando visto de todas as galáxias lá fora. Mas e se houvesse galáxias lá fora que não estivessem se movendo a centenas ou milhares de quilômetros por segundo em relação ao quadro de repouso do fundo cósmico de micro-ondas, mas estivessem se movendo a uma velocidade? centenas de milhares de km/s, ou muito próximo da velocidade da luz?
Crédito da imagem: NASA , ESTA , Jean Paul Kneib ( Laboratório de Astrofísica de Marselha ) et ai.
Assim como o tempo passa de forma diferente para algo se movendo perto da velocidade da luz na Terra – uma partícula, um trem ou uma pessoa – se tivéssemos um planeta, estrela ou galáxia que estivesse se movendo perto da velocidade da luz e teve há muito tempo, seria significativamente mais jovem do que o resto do Universo!
Imagine o seguinte cenário: quando o Universo tinha apenas um bilhão de anos, uma galáxia era – graças a repetidas interações gravitacionais – acelerada a 99% da velocidade da luz. Para os 12,8 bilhões de anos que se passaram nós desde aquela época, apenas 1,8 bilhão de anos se passaram para aquele sortudo (ou uma sorte) galáxia. Comparado com galáxias como a nossa, parecerá menor, mais jovem, mais azul e atrofiado em seu crescimento.
Crédito da imagem: NASA, ESA, P. van Dokkum (Universidade de Yale), S. Patel (Universidade de Leiden) e a Equipe 3D-HST.
Portanto, o Universo deve parecer o mesmo para quase todos os observadores em qualquer lugar, com a mesma quantidade de tempo decorrido e o Universo tendo as mesmas propriedades de grande escala praticamente em todos os lugares. Mas para alguns observadores selecionados – aqueles que passaram algum tempo significativo se movendo perto da velocidade da luz em relação ao quadro de descanso do CMB — o Universo será bastante bizarro. Assim que eles desacelerarem em relação ao CMB e descansarem, eles se encontrarão como jovens em um Universo estranhamente antigo.
O fato de terem se passado 13,8 bilhões de anos desde o Big Bang é um fato aplicável a qualquer um e a todos dentro do nosso Universo observável, mas se você estava (ou está) perto da velocidade da luz, pode estar muito relutante em acreditar!
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