O ovo quântico que deu origem ao Universo
O que viria a ser o modelo do Big Bang partiu de uma ideia crucial: que o jovem Universo era mais denso e mais quente.
- Para celebrar a minha centésima contribuição para o Big Think, nada melhor do que voltar ao mistério dos mistérios: a origem do Universo.
- Hoje, exploramos as ideias que semearam o modelo de cosmologia do Big Bang, uma tentativa espetacularmente bem-sucedida de descrever o início da história do Universo.
- Notavelmente, tudo começou com um ovo cósmico, ainda que quântico.
Este é o sétimo artigo de uma série sobre cosmologia moderna.
quando Edwin Hubble em 1929 mostrou que as galáxias estavam se afastando umas das outras, ele preparou o terreno para uma nova era da cosmologia. Nesta era, os cosmólogos entendiam que o Universo tinha uma história – e de fato um começo, no passado. Essa conclusão decorreu naturalmente da descoberta de Hubble: se as galáxias agora estão se afastando (dizemos que estão se afastando), talvez haja um ponto no passado cósmico em que elas estavam, vagamente falando, “umas sobre as outras”, onde toda a matéria era espremido em um pequeno volume. Levado ao extremo, esse volume torna-se tão pequeno quanto qualquer coisa que as leis da física possam conceber. Claro, também é razoável acreditar existem leis nesse nível extremo que ainda não conhecemos.
Além do espaço e do tempo
Logo depois, em 1931, o padre e cosmólogo belga Georges Lemaître conjecturou em um artigo que este evento inicial — o começo do Universo — poderia ser modelado como o decaimento de um único quantum de matéria. Uma pepita original dá origem a todo o resto. Disse Lemaître:
“Se o mundo começou com um único quantum, as noções de espaço e tempo não teriam nenhum significado no começo; eles só teriam um significado sensato quando o quantum original tivesse sido dividido em um número suficiente de quanta”.
Na descrição de Lemaître, então, o estado inicial do Universo era sem espaço nem tempo. Lemaître sugere que talvez esse quantum inicial fosse como um “átomo único”. O átomo altamente instável “se dividiria em átomos cada vez menores por uma espécie de processo superradioativo. Algum resquício desse processo pode... promover o calor das estrelas até que nossos átomos de baixo número atômico permitissem que a vida fosse possível. Ele conclui o curtíssimo artigo com uma visão espetacular: “Toda a matéria do mundo deve ter estado presente no início, mas a história que ela tem para contar pode ser escrita passo a passo.”
Para resumir Segundo a tese de Lemaître, havia um estado inicial que estava além da descrição normal do espaço e do tempo, algo como um átomo quântico atemporal que espontaneamente começou a decair em átomos menores, ou fragmentos quânticos. O tempo é uma medida de mudança e só começa a passar quando o átomo decai. O espaço cresce à medida que os fragmentos se afastam de seu progenitor. Algum calor ou radiação é gerado durante o decaimento. O processo evolui, passando por muitas etapas até que a matéria se organize nos átomos com os quais estamos familiarizados, dando origem à vida neste planeta.
Forças de atração universal
O início da Segunda Guerra Mundial direcionou os cientistas para outras atividades - aquelas relacionadas à defesa nacional e ao design de armamentos. À medida que o conflito se desenrolava e finalmente terminava, novos conhecimentos da física nuclear, usados durante a guerra para fabricar bombas, começaram no final da década de 1930 a serem aplicados ao estudo das fornalhas nucleares que alimentam as estrelas. No final da década de 1940, os cientistas começaram a usar esse conhecimento para reconstruir o início da história do Universo. Até que ponto no tempo os físicos poderiam chegar? Como eles poderiam traçar o caminho de lá para cá? Esse foi, e continua sendo, o grande desafio para o modelo de cosmologia do Big Bang.
Em meados da década de 1930, Hideki Yukawa, no Japão, propôs que os núcleos atômicos são mantidos juntos por uma força da natureza nunca descrita anteriormente, o força nuclear forte . A atração dessa força teria que superar a repulsão elétrica que os prótons sentiriam em um núcleo. De que outra forma o núcleo de um átomo de urânio poderia conter 92 prótons carregados positivamente? E como os nêutrons ficariam lá se não tivessem carga elétrica?
Ficou claro que os núcleos atômicos são algo como bolas de prótons e nêutrons mantidas juntas pela força nuclear forte. (Núcleos não são bolas, mas a imagem é pelo menos sugestiva de como eles funcionam.)
Na época, também se sabia que as ligações entre objetos materiais se quebram com alta energia. É o que acontece quando você ferve a água, por exemplo, e o líquido vira vapor. Em energias ainda mais altas, uma molécula de água se quebra em dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Empurre a energia alto o suficiente e você pode quebrar os próprios átomos, separando os elétrons do núcleo. Finalmente, até o núcleo se desfaz, separando-se em prótons e nêutrons livres. As forças que mantêm a matéria unida podem ser suplantadas sequencialmente com aumentos de energia – o que, na prática, significa aumentos na intensidade de colisões entre pedaços de matéria e de radiação.
O palco estava montado para combinar esse conceito de quebra sequencial com a história do Universo – um Universo que começou em algum tipo de estado quântico idealizado antes de se quebrar nas coisas com as quais estamos familiarizados, como núcleos atômicos e, posteriormente, átomos.
O que se tornará o modelo do Big Bang, nascido do trabalho pioneiro de George Gamow, Ralph Alpher e Robert Herman no final dos anos 1940 e início dos anos 1950, emerge de algumas ideias centrais: O jovem Universo era mais denso e mais quente. Por esta razão, a matéria foi quebrada em seus menores constituintes desde o início. Começou a tomar forma e a condensar-se em estruturas mais complexas à medida que o tempo avançava e à medida que o Universo se expandia e esfriava. A partir desse começo incerto, é de admirar que, na longa marcha do tempo, estrelas e galáxias, planetas e luas, buracos negros e humanos tenham surgido.
Compartilhar:
