Big Bang

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O conceito de Big bang ou Grande explosão surgiu quando Albert Einstein em sua teoria geral da relatividade partiu do pressuposto de que esta se baseia em si mesma, sua previsão foi que o espaço-tempo começou com a singularidade gravitacional do Big Bang, e, levando-se em conta a memória elástica do tecido universal, este desacelerará em sua expansão, retroagindo, chegando também à singularidade final, o Big Crunch.

A grande explosão térmica

O Big Bang, ou grande explosão, também conhecido como modelo da grande explosão térmica, parte do princípio de Friedmann, onde, enquanto o Universo se expande, a radiação contida e a matéria se esfriam. Para entender a teoria do Big Bang, deve-se em primeiro lugar entender a expansão do Universo, de um ponto A para um ponto B, assim, podemos, a partir deste momento retroceder no espaço, portanto no tempo, até o Big Bang.

Temperatura e expansão

Como a temperatura é a medida da energia média das partículas, e esta é proporcional à matéria do universo, pressupõe-se que ao dobrar o tamanho do universo, sua temperatura média cairá pela metade. Logo, ao reduzir o tecido universal, portanto aumentando sua densidade, aquela dobrará; podemos ter um ponto de partida de temperatura máxima, e massa concentrada numa singularidade, que nos dará o tempo aproximado do início da aceleração da expansão do tecido universal, e sua gradual e constante desaceleração térmica. Para entender este processo, há que se usar um exemplo prático, pois a visão deve ser quadridimensional. Como os sentidos humanos somente percebem o espaço tridimensional, ilustrando a partir de um modelo em três dimensões fica mais compreensível.

Imaginemos uma bolha de sabão, suponhamos que esta bolha é preenchida por um fluido, deixemos o fluido de lado e nos concentremos na superfície propriamente dita da bolha. Esta no início é um ponto de água com sabão, por algum motivo desconhecido, que não importa, começa a aumentar através da inserção de um gás, tomando a forma esférica.

Observemos que, na medida em que o ar penetra preenchendo seu interior (a exemplo de uma bexiga), começa a haver a expansão volumétrica do objeto, nos concentremos no diâmetro da bolha e na espessura da parede desta. Verificaremos que, à medida em que seu diâmetro aumenta, a espessura diminui, ficando mais e mais tênue, pois a matéria está se desconcentrando e se espalhando em todas as direções. O aumento do diâmetro da bolha é o universo em expansão, o aumento da área da superfície é a diminuição da densidade material, a redução da espessura da parede é a constante térmica que diminui à medida em que o universo se expande.

Modelo quadridimensional

No modelo quadridimensional, não existe a fronteira, ou a parede; o conceito é volumétrico no domínio tempo, portanto, só visualizável através de cálculo. Porém pode-se tentar mostrar algo sobre a quarta dimensão, basta um pouco de imaginação e uma boa dose de visualização tridimensional.

Para que entendamos um objeto tridimensional em visualização bidimensional, temos que desenhá-lo de forma que enxerguemos uma parte de cada vez.

Imagine um ovo visto em duas dimensões, temos largura e profundidade, mas não temos noção da dimensão altura. Para que possamos representá-lo e entendê-lo, precisaremos fazer diversos desenhos no domínio da altura, iniciando na parte mais baixa e assim por diante, representando círculos que, se vistos bidimensionalmente sobrepostos, apresentarão um círculo dentro do outro, semelhantes aos mapas topográficos.

Para a representação tridimensional no domínio do tempo, isto é, em quatro dimensões, porém representada em três, a analogia é semelhante. Podemos inclusive usar o mesmo ovo, porém , em vez de olharmos um círculo dentro de outro, representando a imagem topográfica, imaginemos um ovo dentro de outro, maior e maior, como se o fotografássemos em momentos em que estivesse inflando (naturalmente que a casca teria que ser elástica), assim temos uma visão quadridimensional num universo tridimensional, onde a superfície da casca deste ovo, aumentando a cada passar de tempo, seria a expansão quadridimensional do Universo.

O início da teoria da grande explosão

No início do século XX, a teoria do Big Bang, grande explosão, tornou-se a explicação da expansão do universo desde suas origens, no tempo, (arbitrando-se o conceito de que o tempo teve uma origem).

Segundo essa teoria, o universo surgiu há pelo menos dez bilhões de anos, a partir de um estado inicial de temperatura e densidade altamente elevadas. Embora essa explicação tenha sido proposta na década de 1920 por Alexander Friedmann e pelo abade Georges Lemaître, sua versão atual é da década de 1940 e deve-se sobretudo ao grupo de George Gamow.

Edwin Hubble

Voltando no tempo..., no início do século XX, a Astronomia desviou sua atenção das estrelas e dos planetas. Nos últimos oitenta anos a Cosmologia se voltou para as galáxias e espaço exterior. Um dos muitos responsáveis por esta mudança de perspectiva foi Edwin Hubble, do Observatório Monte Wilson. Em 1924, foram publicadas fotografias provando que as manchas de luz difusas e distantes, chamadas de Nebulosas, (este nome devido à crença de que se tratava de massas informes de gás e poeira), na verdade eram gigantescos sistemas de aglomerados de estrelas, semelhantes à Via Láctea.

Os movimentos galáticos e a Lei de Hubble-Homason

Hubble dedicou-se ao estudo das galáxias, medindo suas distâncias, localizando sua distribuição no espaço e analisando seus movimentos. Com o passar do tempo, notou-se que aqueles movimentos não eram ao acaso, como o deslocamento das moléculas de um gás na termodinâmica, porém obedecem à uma trajetória centrífuga. Cada galáxia distante afasta-se da Via Láctea numa velocidade proporcional à distância em que se encontra desta, quanto maior à distância, maior a velocidade.

Hubble e seu colega Milton L. Homason pesquisaram para descobrir a proporção dos movimentos e sua aceleração, deduzindo uma equação conhecida como Lei de Hubble-Homason em que: Vm=16r, onde Vm é a velocidade de afastamento da galáxia, dada em quilômetros por segundo, e r expressa a distância entre a Terra e a galáxia em estudo, dada em unidades de milhões de anos luz, e, segundo esta, se uma galáxia estiver situada a cem milhões de anos luz, esta se afasta a 1600 quilômetros por segundo.

Aparentemente, o Universo está se expandindo em torno de nós, mas isto não quer dizer que seja uma visão antropocêntrica, pois todos os pontos do universo estão se afastando relativamente uns aos outros, e todos simultaneamente. Esta observação, feita em 1929 por Hubble, significa que no início do tempo-espaço a matéria estaria de tal forma compactada que os objetos estariam muito mais próximos uns dos outros. Mais tarde, observou-se em simulações que de fato exista aparentemente a confirmação de que entre dez a vinte bilhões de anos atrás toda a matéria estava exatamente no mesmo lugar, portanto, a densidade do Universo era infinita.

As observações em modelos e as conjecturas dos cientistas apontam para a direção em que o Universo foi infinitesimalmente minúsculo, e sua densidade infinita. Nessas condições, as leis da física não podem ser aplicadas, pois quando se tem a dimensão nula e a massa infinita, qualquer evento antes desta singularidade não pode afetar o tempo atual, pois ao iniciar o universo, expandindo a massa e ao mesmo tempo se desenvolvendo em todas as direções, indica que o tempo também esteve nesta singularidade, logo o tempo era nulo.

Gamow, a explosão e a teoria da expansão

Segundo Gamow, na expansão do universo a partir de seu estado inicial de alta compressão, numa explosão repentina, o resultado foi uma violentíssima redução de densidade e temperatura; após este ímpeto inicial, a matéria passou a predominar sobre a anti-matéria.

O paradoxo do tempo

Se o tempo iniciou numa grande explosão, juntamente com o espaço e com a matéria-energia no Universo mutável, num Universo imutável um começo no tempo é necessário se impor para que se possa ter uma visão dinâmica do processo da criação inicial (nada a ver com a Criação Teológica), esta se deu tanto numa maneira de se ver o início da dualidade tempo matéria, quanto em outra. Partindo-se da premissa de que o Universo é mutável no domínio do tempo, pois de outra forma não se consegue observar a expansão deste, deve haver razões físicas para que o Universo realmente tivesse um começo, pois não se consegue imaginar a existência de um universo antes do Big Bang, e se não existia nada antes, o que fez o desequilíbrio da singularidade que acabou criando um Universo caótico e em mutação? Voltando-se no tempo e espaço, chega-se que desde o começo, o Universo se expande de acordo com leis bastante regulares. É portanto razoável que estas se mantenham durante e antes da grande explosão, logo na singularidade está a chave para se descobrir como houve o momento de aceleração inicial nos eventos iniciais do Universo atual.

Uma suposição é de que em nosso Universo atual predomina a dualidade matéria-energia, lógico se torna que provavelmente antes do evento que gerou o impulso inicial, houve um avaço anti-temporal, da anti-matéria, com acúmulo de anti-energia, que redundou no atual trinômio tempo-espaço-matéria.

A formação dos primeiros átomos

Após alguns segundos do impulso inicial, um processo de resfriamento e as reações e interações de matéria/antimatéria começaram a formar os primeiros resquícios de partículas elementares. Em seguida, com o resfriamento, começaram a surgir os núcleos de hidrogênio, hélio e lítio. Presume-se que este processo durou um milhão de anos aproximadamente, iniciando a era da formação atômica, onde os núcleos começaram a se transformar nos primeiros átomos. À medida que se expandia a matéria, a radiação que permeava o meio se expandia simultaneamente pelo espaço, deixando-a para trás. Dela sobraram alguns resquícios em forma de microondas, que foram detectadas em 1965 por Arno A. Penzias e Robert W. Wilson, tendo sido chamada de radiação de fundo. Tem um som característico de ruído térmico, ou seja, um silvo branco semelhante ao ruído que se ouve num receptor de televisão, quando está fora de sintonia, um sssssss constante. O satélite COBE, em 1992, descobriu flutuações na radiação de fundo, que explicariam a formação das galáxias logo após a grande explosão.

Os dois pré-supostos

É crença corrente entre os cosmólogos que o Big Bang baseia-se em dois pré-supostos; o primeiro, é a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, que explica (se o explica) corretamente a interação gravitacional da matéria; o segundo pressuposto é o conhecido princípio cosmológico, onde a visão do universo independe da direção de onde, e para onde, se olhe, ou da localização do observador; daí, surge uma hipótese interessante: analisando o espaço tridimensional, pressupomos a expansão de um determinado ponto isolado, porém, tomando-se por base um universo quadridimensional, podemos chegar à conclusão de que o Big Bang, ou Grande explosão, não se deu numa determinada região puntual do espaço vazio, mas, em todo ele ao mesmo tempo.

A unificação das origens

Da teoria da gravidade de Newton sabe-se que a a força gravitacional entre dois corpos depende somente de suas massas e não da matéria de que são constituídos. A teoria geral da relatividade descreve a estrutura do Universo e a força da gravidade, isto é, o macro-universo ou as interações do trinômio energia-tempo-matéria, onde as massas são mais importantes* que as cargas; a mecânica quântica descreve o micro-universo e as interações também do trinômio energia-tempo-matéria, onde as massas são menos importantes* que as cargas, embora tratem da mesma natureza, diferenciando-se o tamanho é claro, as interações em muitos aspectos são idênticas às teorias, porém estas são incompatíveis e não se completam. Portanto, falta a chave da unificação teórica de ambas, pois não podem estar ao mesmo tempo corretas e erradas. Portanto, podemos nos deparar com n teorias a respeito do início do Universo, mas apenas uma nos dá pista de que houve um começo, ou seja, a teoria do Big-Bang (por enquanto), é a que une as duas teorias de macro e micro-Universo.

A questão da "*importância" é discutível. Acredita-se que o termo mais correto seria ênfase devido às comparações entre os tamanhos e das interações no cosmo.

As massas as ondas e as leis da física na singularidade

Uma dúvida que fica à mente dos astrofísicos é quanto à natureza da matéria e as distorções que ocorrem nas leis que a regem quando esta começa a ser comprimida ao cair em objetos massivos.

Os buracos negros são por natureza um exercício de abstração intelectual. Não há como saber se as leis da natureza se aplicam em condições tão extremas de compressão gravitacional, distorção de tempo e espaço. Na prática é impossível criar as condições dos efeitos gravitacionais de um objeto tão massivo na Terra, porém, já existem métodos onde é possível a simulação dos efeitos de forma virtual, ou seja, em sistemas de ensaio operados por poderosos super-computadores.

Mesmo com simulações e construção de objetos massivos em ambiente virtual, ficam lacunas quanto à possibilidade de compressão de massa cujo volume aplicado é nulo e a densidade infinita, à isto se dá o nome de singularidade de Schwarzschild. Einstein acreditava que o aumento da intensidade da gravidade cria uma distorção que retarda a percepção temporal. Em outras palavras, objetos muito massivos como buracos negros ou estrelas de nêutrons retardam o tempo devido aos efeitos gravitacionais.

Se fosse possível observar a queda de objetos num buraco negro, qual seria o panorama observado? Presume-se que veríamos o objeto mover-se cada vez mais devagar, ao contrário do que poderia naturalmente supor, pois à medida que este se aproxima da singularidade a distorção temporal seria de tal forma que não o veríamos parar. Einstein diz que há o desvio para o vermelho e este também é dependente da intensidade gravitacional. Se analisarmos sob o ponto de vista corpuscular, imaginando-se que a luz é um pacote quântico com massa e que esta partícula ocupa um determinado lugar no espaço, e esta está acelerada energeticamente, isto é vibrando. A oscilação gera o comprimento de onda de luz, que se propaga como frente de onda em espaço livre. Longe de campo gravitacional intenso, a freqüência emitida tende para o azul. À medida em que o campo gravitacional começa a agir sobre a partícula, esta começará a se movimentar, ou vibrar com menos intensidade, logo desviará para o vermelho, pois a oscilação foi retardada. Neste ponto, a análise funde a dualidade matéria-energia. Sabemos que não é possivel analisar a partícula como matéria e energia ao mesmo tempo: ou se enxerga sob o ponto de vista vibratório ou corpuscular, porém próximo à singularidade temos que fazer este exercício de raciocínio, pois a atração gravitacional é tão forte que pode fazer parar o movimento oscilatório, e ao mesmo tempo atrair o objeto para si. Portanto, qualquer que seja o ângulo de observação, a gravidade prende a radiação em si mesma. Logo, a conclusão é que não podemos observar absolutamente nada o que ocorre dentro do raio de Schwarzschild, ou singularidade.

Como antes do Big-Bang o Universo era uma singularidade, presume-se que o tempo então não existia, pois se objetos massivos tendem a retardar o tempo, logo quando se tem matéria infinita em espaço nulo a singularidade é tal que o tempo pára.

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