Por que alguns cosmólogos consideraram o Big Bang ofensivo
Por muitos anos, alguns cosmólogos adotaram a ideia de um universo eterno e estacionário. Mas a ciência triunfou sobre o preconceito filosófico.
- Hoje falamos do modelo cosmológico do Big Bang, mas nem sempre foi assim.
- Por duas décadas, o modelo do Big Bang lutou contra o modelo de estado estacionário. Isso colocou um Universo com um começo contra um Universo eterno.
- Na ausência de dados, o preconceito filosófico geralmente impulsiona a pesquisa.
Este é o sexto artigo de uma série sobre cosmologia moderna. Nós encorajamos você a ler parcelas um , dois , três , quatro , e cinco .
Na semana passada, discutimos o primeiro modelo para Big Bang - o átomo primordial de Georges Lemaître, um cosmólogo e padre belga. Em 1931, Lemaître sugeriu que o Universo começou com o decaimento de um átomo radioativo gigante feito principalmente de nêutrons. Apesar de bizarro, o seu foi o primeiro modelo que utilizou a física de ponta da época para propor um começo de tudo. Também inspirou o verdadeiro modelo do Big Bang que chegaria duas décadas depois.
Havia muitos dissidentes. A crença em um evento como o começo de tudo, com todas as suas conotações religiosas, era uma ideia que muitos achavam repugnante. Como uma teoria científica do Universo poderia ser baseada em um evento que desafiava qualquer explicação causal? E por que deveríamos presumir que as leis da física eram válidas nas condições extremas que certamente existiam no início?
Mantendo o Universo estável
O principal astrônomo Arthur Eddington, um quaker devoto, tentou contornar a questão da criação propondo que “uma vez que não posso evitar a introdução desta questão de um começo, parece-me que a teoria mais satisfatória seria aquela que tornasse o começo não muito esteticamente abrupto .” [Os itálicos são originais.]
Eddington argumentou que se, no início, a matéria fosse distribuída com perfeita homogeneidade em um pequeno volume, seria impossível distinguir entre “mesmice indiferenciada e nada”. A evolução neste universo progrediria lentamente através do crescimento de pequenas imperfeições. Os fogos de artifício cósmicos de Lemaître não eram necessários.
Ainda assim, deixando de lado as tentativas de neutralizar a brusquidão de uma aparição não causada do Universo em algum instante no passado, os modelos evolutivos da cosmologia sofriam de outro problema mais imediato. Edwin Hubble, que havia descoberto a expansão do Universo em 1929 , havia medido o Universo como sendo mais jovem que a Terra. Como a filha poderia ser mais velha que a mãe de tudo?
A combinação de uma aversão filosófica geral por um universo com um começo e as medidas de idade conflitantes de Hubble levaram um trio de jovens físicos britânicos a propor um modelo completamente diferente para o Universo. No chamado modelo de estado estacionário da cosmologia , o Universo em geral sempre foi o mesmo, não tendo começo nem fim no tempo. Era um universo de ser, sem origem abrupta em qualquer lugar no passado distante. As motivações que levaram o trio britânico a propor o modelo de estado estacionário estavam enraizadas na aversão a um evento de criação e à mudança. Embora o modelo esteja há muito desacreditado, sua breve vida nos fornece alguns indicadores importantes para o desenvolvimento da cosmologia física.
Apenas três átomos de hidrogênio
Em 1948, Thomas Gold e Hermann Bondi, e independentemente Fred Hoyle, todos da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, publicaram artigos descrevendo uma nova teoria cosmológica sem nenhum evento de criação. Embora alguns dos detalhes nos dois artigos sejam muito diferentes, eles são frequentemente considerados como estabelecendo a escola de pensamento do estado estável.
Os físicos propuseram uma extensão de de Einstein princípio cosmológico Chamou o princípio cosmológico perfeito , onde o Universo não era apenas o mesmo em todo o espaço, mas também para sempre no tempo. As medições do Hubble não criaram um problema de idade, porque o Universo era infinitamente antigo. Para tornar seu modelo viável, eles tiveram que acomodar de alguma forma a recessão observada das galáxias.
À medida que o Universo se expande, ele se afina – cada vez menos matéria ocupa um determinado volume. Esse afinamento implica que quanto mais velho o Universo, menos denso ele se torna, a marca registrada de qualquer cosmologia evolutiva. No entanto, no modelo de estado estacionário, o Universo não pode diminuir, pois isso representa mudança. Para resolver isso, Bondi, Gold e Hoyle propuseram que, à medida que o Universo se expandia e, portanto, diminuía, mais matéria era criada para preencher as lacunas de forma que a densidade da matéria permanecesse constante. É por isso que o modelo é chamado de estado estacionário: a matéria recém-criada mantém o equilíbrio intacto.
Uma analogia pode ajudar. Imagine que você encheu sua banheira com água. Agora puxe o plugue e deixe a água descer pelo ralo. Você pode medir a velocidade com que a água está descendo pelo ralo seguindo a linha de água na banheira. Se você abrir a torneira de forma que a quantidade exata de água drenada também seja despejada de volta na banheira, você alcançará uma situação de estado estacionário. Enquanto durar o abastecimento de água, o nível da água na banheira permanecerá constante.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada toda quinta-feiraVocê pode estar se perguntando de onde vem a matéria extra. Este modelo não violaria a sagrada lei da conservação de energia? O trio britânico estava bem ciente desse problema. Eles responderam astutamente que só podemos inferir que a energia é conservada fazendo medições. Como toda medição tem uma precisão limitada, como sabemos se a energia é verdadeira e exatamente conservada? Na verdade, não podemos. Tudo o que podemos afirmar é que, com a melhor precisão disponível para nossos instrumentos, a energia total em um determinado sistema físico é conservada.
Quando você coloca números em quanta matéria deve ser criada espontaneamente para manter o Universo em um estado estacionário, você chega a uma taxa absurdamente pequena de cerca de três átomos de hidrogênio por metro cúbico por milhão de anos. Ninguém poderia medir uma violação da conservação de energia neste nível. Além disso, o trio perguntaria, a criação contínua da matéria é conceitualmente pior do que a criação abrupta do Universo?
Mais ou menos na mesma época em que o modelo de estado estacionário foi proposto na Inglaterra, o brilhante físico russo-americano George Gamow estava considerando o que aconteceria com a matéria se o Universo em sua infância realmente fosse compactado em um pequeno volume. Ele raciocinou, corretamente, que quando você espreme a matéria, a temperatura e a pressão aumentam, e as ligações que mantêm as coisas unidas eventualmente se rompem. Nesse caso, no início, o material preenchendo o espaço seria como uma sopa primordial de partículas. Em breve, Gamow recrutaria dois alunos de pós-graduação para calcular em detalhes o que isso significava para a história do início do Universo. Os resultados se tornaram o que hoje chamamos de modelo cosmológico do Big Bang, herdeiro direto de Lemaître.
Hoyle e seus colegas de Cambridge eram oponentes vocais desse modelo. A batalha entre um universo de ser (estado estacionário) e um universo de vir a ser (Big Bang) começou para valer, apenas para terminar em meados da década de 1960. Como deveria ser na ciência, os dados tinham a última palavra.
Compartilhar:
