Pergunte a Ethan: Onde aconteceu o Big Bang?
Esta imagem representa a evolução do Universo, começando com o Big Bang. A seta vermelha marca o fluxo do tempo. Crédito da imagem: NASA/GSFC.
Se você está procurando um ponto no espaço, a resposta vai chocá-lo.
O mundo que você vê, a maior e mais gloriosa criação da natureza, e a mente humana que o contempla e se maravilha, e é a parte mais esplêndida, são nossas próprias posses eternas e permanecerão conosco enquanto nós mesmos permanecermos. – Sêneca
De todos os conceitos e tópicos que são lançados, o Big Bang é um dos mais controversos. Claro, é uma teoria científica bastante antiga – existe desde a década de 1940 – e as evidências a favor dela são esmagadoras desde a década de 1960. A ideia é simples: que o Universo teve um começo. Que fazia aniversário. Que houve um dia sem ontem, onde a matéria, a radiação e o Universo em expansão e resfriamento que reconhecemos não existiam antes de um certo momento no tempo. E, no entanto, aqui estamos. O que traz uma série de perguntas para qualquer mente curiosa. Mark Trubnikov é um desses indivíduos curiosos, e ele quer saber:
[Existem teorias ou experimentos que possam descobrir e provar nossa posição no espaço de acordo com o ponto do Big Bang? Acho que, como temos oportunidades de observação muito limitadas do nosso planeta, não seria tão fácil determinar a curvatura do espaço aqui... 3D-espaço? E por que pensamos que o Universo é uma esfera?
Essas são todas boas perguntas, e todas são concepções comuns que as pessoas têm do Universo, por um bom motivo. Mas essas afirmações são verdadeiras?
A evolução da estrutura em grande escala no Universo, de um estado inicial uniforme ao Universo agrupado que conhecemos hoje. Crédito da imagem: Angulo et al. 2008, pela Universidade de Durham em http://icc.dur.ac.uk/index.php?content=Research/Topics/O6 .
Costumamos pensar no Big Bang como um estrondo literal, ou uma explosão. É verdade que o Universo era semelhante a uma bola de fogo tremenda, energética e em expansão nos estágios iniciais. Era:
- cheio de partículas e antipartículas de todos os tipos diferentes, bem como radiação,
- tudo isso estava se expandindo para longe de todas as outras partículas, antipartículas e quantum de radiação,
- tudo isso estava esfriando e desacelerando à medida que se expandia.
Isso com certeza soa como uma explosão. Na verdade, se você estivesse realmente por perto durante esses primeiros momentos e estivesse de alguma forma protegido de toda essa energia, seria até fazer um som, que o vídeo abaixo, de 0:05 a 0:45, permite ouvir.
Mas tenho usado cuidadosamente a palavra expansão em vez de explosão quando se trata desse fenômeno. Uma explosão é algo que ocorre em um local no espaço e cujos detritos emanam desse ponto. Uma supernova é uma explosão; uma explosão de raios gama é uma explosão; uma bomba detonando é uma explosão; a ignição de uma granada é uma explosão.
Impressão artística da supernova 1993J, uma estrela em explosão na galáxia M81. Crédito da imagem: NASA, ESA e G. Bacon (STScI).
Mas o Big Bang é não uma explosão. Quando falamos do Big Bang quente, estamos falando do primeiro momento em que o Universo poderia ser descrito por esse estado de partícula, antipartícula e cheio de radiação. Onde o Universo começa a se expandir e resfriar a partir deste estado de acordo com as leis da Relatividade Geral, e onde seguimos o caminho para a aniquilação da antimatéria, núcleos atômicos e depois átomos neutros se formando e, finalmente, formando estrelas, galáxias e a estrutura em grande escala vemos hoje. A chave para a primeira pergunta é entender exatamente o que o Universo estava fazendo naquele momento: no momento em que podemos descrevê-lo pela primeira vez nesta estrutura quente do Big Bang.
O plasma quark-glúon do Universo primitivo. Crédito da imagem: Laboratório Nacional de Brookhaven.
Tanto quanto podemos dizer, não havia nenhum ponto especial. Não havia origem para o Universo começar dessa maneira. O que todas as evidências apontam é uma conclusão contra-intuitiva, mas não menos verdadeira: que o Big Bang ocorreu em todos os lugares ao mesmo tempo. A evidência para isso é esmagadora e vem do próprio Universo. O Universo, se olharmos para a estrutura em grande escala, de como as galáxias se aglomeram, de como é o brilho remanescente do Big Bang, de qual é a densidade média em regiões com mais de algumas centenas de milhões de anos-luz de tamanho, etc. ., encontramos dois fatos observacionais importantes sobre o nosso Universo: ele parece ter as mesmas propriedades em todos os lugares e parece o mesmo em todas as direções. Em termos físicos, isso significa que o Universo é homogêneo (o mesmo em todos os locais) e isotrópico (o mesmo em todas as direções).
Nossa visão de uma pequena região do Universo, onde cada pixel da imagem representa uma galáxia mapeada. Nas maiores escalas, o Universo é o mesmo em todas as direções e em todos os locais mensuráveis. Crédito da imagem: SDSS III, data release 8, da calota galáctica norte.
Você não obtém um Universo com essas propriedades de uma explosão, ponto final. O material que se move mais rápido acaba sendo o mais distante, mas também acaba sendo o mais difuso ao longo do tempo; distâncias maiores parecem ter menos galáxias por unidade de volume, mas não em nosso Universo. Onde quer que a explosão ocorreu seria um ponto claramente identificável. Por causa de como nosso Universo funciona, esse ponto teria que ser apenas alguns milhões de anos-luz de deslocamento da Via Láctea, localizado fora do grupo local; estatisticamente, com mais de 170 bilhões de galáxias no Universo, as chances são cerca de 100 vezes piores do que ganhar o jackpot da Powerball ou da Mega Millions.
O fato de o Universo ser homogêneo e isotrópico nos diz que o Big Bang aconteceu simultaneamente, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, em todos os locais igualmente. Mas não podemos Vejo em todos os locais igualmente; só podemos ver de onde estamos. Nosso ponto de vista é inerentemente limitado. É por isso que você costuma ver ilustrações como a abaixo: do nosso Universo visto de onde estamos e conosco no centro.
Concepção artística em escala logarítmica do universo observável. Crédito da imagem: usuário da Wikipédia Pablo Carlos Budassi.
Mas isso não significa que o Universo é uma esfera! Na verdade, se quisermos conhecer a forma do Universo, é algo que podemos realmente medir e colocar restrições. Se você sair e enviar dois de seus amigos em direções diferentes para que todos possam se ver, vocês três formarão um triângulo. Cada um de vocês pode medir o ângulo em que os outros dois parecem estar, em relação ao seu ponto de vista. Se você conhece esses três ângulos, você pode somá-los: você esperaria que eles fossem 180º, porque é quantos graus existem nos três ângulos de qualquer triângulo.
Qualquer triângulo, isto é, que está no espaço plano.
Os ângulos de um triângulo somam diferentes quantidades dependendo da curvatura espacial presente. Crédito da imagem: equipe científica da NASA / WMAP.
Como se vê, o espaço não precisa ser plano! Pode ser curvado negativamente, como a superfície da sela de um cavalo, onde os ângulos somam menos de 180º. Ou pode ser curvado positivamente, como a superfície de uma esfera, onde os ângulos somam mais de 180º. Se você ficasse no equador na América do Sul, seu amigo ficasse no equador na África e outro amigo ficasse no Pólo Norte, você descobriria que a diferença era significativa: você terminaria com um número mais próximo de 270º do que 180º . Bem, não temos amigos que possam nos dizer que ângulos eles veem no espaço, mas temos algo tão bom quanto: as flutuações no Fundo de Microondas Cósmicas, que teriam aparências muito diferentes dependendo da curvatura do espaço. .
O aparecimento de diferentes tamanhos angulares de flutuações no CMB resulta em diferentes cenários de curvatura espacial. Crédito da imagem: o grupo Smoot no Lawrence Berkeley Labs, via http://aether.lbl.gov/universe_shape.html .
Bem, fizemos essas observações e o que descobrimos é impressionante: o Universo é plano, até onde podemos dizer. Mesmo, realmente apartamento. De fato, os dados conjuntos mais recentes do Planck e do Sloan Digital Sky Survey nos dizem que, se o Universo é curvo – positiva ou negativamente – está em uma escala pelo menos 400 vezes maior do que a parte do nosso Universo observável por nós. E aquele parte, a parte que podemos ver, tem mais de 92 bilhões de anos-luz de diâmetro.
E essa é apenas a parte que podemos ver. Até onde nossas teorias indicam, provavelmente há muito mais Universo como o nosso fora do que podemos observar. Crédito da imagem: E. Siegel, baseado no trabalho dos usuários do Wikimedia Commons Azcolvin 429 e Frédéric MICHEL.
Então, o Big Bang aconteceu em todos os lugares ao mesmo tempo, 13,8 bilhões de anos atrás, e nosso Universo é espacialmente plano da melhor forma que podemos medi-lo no momento. O Big Bang não aconteceu em um ponto, e a maneira como podemos dizer é através do grau extraordinariamente alto de isotropia e homogeneidade do Universo. (É tão bom que quando notamos uma falta de homogeneidade que é 0,01% da média do Universo, nos perguntamos se algo está errado!) Então, se você quer afirmar que o Big Bang aconteceu exatamente onde você está, e que você está bem no centro de onde tudo começou, ninguém pode dizer que você está errado. É que todos, em todos os lugares, em todo o Universo, estão tão certos quanto você quando fazem essa afirmação também.
Envie suas perguntas Ask Ethan para beginwithabang no gmail ponto com !
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