Você poderia viajar em linha reta no espaço e retornar à Terra?
Um Universo infinitamente repetitivo significaria que alguém poderia viajar em linha reta e voltar para onde começou. Crédito da imagem: V. Springel et al. e a simulação Virgo Consortium/Millennium, editada por E. Siegel.
O Universo poderia girar em torno de si mesmo, e você poderia voltar do outro lado?
Pois uma vez que você tenha experimentado voar, você caminhará pela terra com seus olhos voltados para o céu, pois lá você esteve e para lá você desejará retornar. – Leonardo da Vinci
Quando as pessoas pensavam que a Terra era plana, era quase herético sugerir que viajar em linha reta por uma distância longa o levaria de volta ao ponto de partida. Mas é verdade: viaje cerca de 40.000 quilômetros (ou 25.000 milhas) em qualquer direção – sobre as montanhas, oceanos e qualquer outro terreno que você encontrar – e volte para onde você começou. Isso faz você se perguntar se o espaço poderia ser da mesma maneira. Se você entrasse em um foguete e viajasse rápido o suficiente por tempo suficiente, e não arruinasse as coisas colidindo com uma estrela ou galáxia distante, você poderia voltar para onde começou?
Uma simulação da estrutura do Universo. Se você sair de uma borda do Universo e retornar por outra, poderá viver em um Universo recorrente. Crédito da imagem: NASA, ESA e E. Hallman (Universidade do Colorado, Boulder).
Não é tão louco quanto parece. Podemos pensar que o Universo é infinito, indo para sempre em todas as direções, mas a evidência que temos para o tamanho e a forma do Universo é muito finita. Por um lado, passaram-se apenas 13,8 bilhões de anos desde o Big Bang e, portanto, só podemos ver a quantidade de espaço que 13,8 bilhões de anos de luz viajando pelo Universo e terminando onde estamos podem iluminar. Por outro lado, existem centenas de bilhões de galáxias, todas parecendo mais jovens no passado distante quanto mais distantes olhamos. É possível que um (ou mais) deles seja uma versão infantil da Via Láctea em que crescemos? E, finalmente, poderia ser o caso, assim como a Terra tem duas dimensões, podemos nos mover sobre ela (norte-sul e leste-oeste, mas não para cima e para baixo), que o Universo pode ser uma estrutura de dimensão superior como um hiperesfera ou um hipertoro onde as várias dimensões são fechadas e finitas, curvando-se sobre si mesmas?
Em um modelo hipertoro do Universo, o movimento em linha reta o levará de volta à sua localização original. Crédito da imagem: ESO e usuário do deviantART InTheStarlightGarden, sob um c.c.-by-s.a. 4.0 licença.
Se fosse esse o caso, se você pudesse viajar em linha reta por tempo suficiente, acabaria voltando para onde começou. Se você não envelhecesse, talvez pudesse acabar vendo a parte de trás de sua própria cabeça apenas olhando por tempo suficiente, pois seus olhos acabariam encontrando a luz emitida por sua própria origem. Se o Universo fosse assim, como descobriríamos?
Uma simulação da estrutura em grande escala do Universo. A identificação de uma região de galáxias em uma direção com galáxias idênticas em outra seria evidência de um Universo repetitivo. Crédito da imagem: Dra. Zarija Lukic.
A chave seria olhar para o Universo nas maiores escalas e procurar locais onde parecesse ter as mesmas propriedades em diferentes direções do céu. Um Universo que fosse finito e recorrente implicaria que as mesmas estruturas apareceriam repetidamente no Universo. Embora a maior parte do Universo seja difícil de identificar como recorrente, uma vez que a velocidade da luz finita significa que estaríamos vendo os mesmos objetos em diferentes estágios de sua evolução (como uma Via Láctea mais jovem), sempre há uma enorme quantidade de objetos que apareceriam no mesmo estágio de evolução em vários locais. A estrutura em grande escala do Universo não mostra nenhuma estrutura como essa, mas há um lugar ainda melhor para olhar: o fundo cósmico de micro-ondas!
As flutuações no fundo de microondas cósmico, como visto por Planck. Não há evidências de estruturas repetidas. Crédito da imagem: ESA e a colaboração do Planck.
As flutuações no brilho remanescente do Big Bang têm um padrão muito particular, mas também exibem uma distribuição aleatória desse padrão específico. Muitos algoritmos foram programados para procurar sinais repetitivos e não aleatórios ou correlações entre as flutuações em várias partes do céu. Se o Universo fosse finito e fechado em si mesmo – se partes dele se repetissem em outros lugares – ele teria aparecido no fundo cósmico de micro-ondas.
Uma visualização de um modelo de espaço de 3 toros, onde nosso Universo observável poderia ser apenas uma pequena porção da estrutura geral. Crédito da imagem: Bryan Brandenburg, sob c.c.a.-s.a.-3.0.
Mas a falta de uma estrutura tão detectável e repetitiva não significa necessariamente que o Universo não tenha esse tipo de topologia. Significa apenas que se o Universo se repetir, se for uma hipersuperfície fechada, e se teoricamente pudermos ressurgir no mesmo local depois de viajar em linha reta por tempo suficiente, é assim em uma escala maior que a parte podemos observar. Dado que estamos limitados a quão longe a luz pode viajar em 13,8 bilhões de anos, há muito espaço para que isso ainda aconteça.
Mas há uma pegadinha.
Não importa o quão tecnologicamente avançado você imagine que um humano será um dia, enquanto estivermos limitados pela velocidade da luz, nunca seremos capazes de descobrir, mesmo que o Universo seja realmente assim. Graças à energia escura e à expansão acelerada do Universo, é fisicamente impossível chegar até a borda do Universo observável de hoje; só podemos chegar a um terço do caminho até lá no máximo . A menos que o Universo se repetisse em uma escala com menos de 15 bilhões de anos-luz de diâmetro hoje, não teríamos como retornar ao nosso ponto de partida original viajando em linha reta.
O tamanho do nosso Universo visível (amarelo), juntamente com a quantidade que podemos alcançar (magenta). Crédito da imagem: E. Siegel, baseado no trabalho dos usuários do Wikimedia Commons Azcolvin 429 e Frédéric MICHEL.
No entanto, isso não significa que não seja possível que o Universo seja fechado, finito e se dobre sobre si mesmo como uma Hiperesfera ou um Três-Torus. Significa apenas que a expansão do Universo – acelerada como está – nos proíbe de completar uma única circunavegação do Universo e retornar à nossa origem. Por causa da combinação de:
- a idade finita do Universo,
- a velocidade finita da luz,
- a expansão do universo e
- a presença de energia escura,
talvez nunca possamos saber se nosso Universo é infinito ou não, e qual é sua verdadeira topologia.
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 .
Tudo o que podemos ver é a parte acessível a nós, o que nos permite colocar restrições sobre o que sua topologia pode ser. Até onde podemos dizer, é plano, não repetitivo e possivelmente (mas não necessariamente) infinito. Talvez, à medida que o tempo passe e mais do Universo se revele lentamente para nós, ou à medida que nossas medidas de curvatura se tornarem mais precisas, descobriremos um desvio do que concluímos até agora. Afinal, embora estejamos limitados pelo que somos capazes de observar, a possibilidade de um Universo muito diferente do que concluímos até agora pode estar um pouco além do horizonte cósmico.
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