O “Grande Salto”…do “Big Bang”

O “big bang pode não ser o começo de tudo… Cálculos atuais indicam que, antes dele, teria havido outro Universo – idêntico ao nosso – a não ser… por suas galáxias estarem        se aproximando umas das outras. Foram várias simulações, com diferentes parâmetros.

Nesta concepção artística do modelo de universo de Ashtekar, o tempo evolui na vertical e a superfície representa a curvatura do espaço em cada instante. Teria havido outro universo que se contraiu até chegar ao big bang.

Nesta concepção artística do modelo Big Bounce, o tempo evolui na vertical e a superfície representa a curvatura do espaço em cada instante. Teria havido outro universo (do outro lado) que se contraiu – até chegar ao “big bang”.

Abhay Ashtekar, Tomasz Pawlowski, e Parampreet Singh, pesquisadores do ‘Instituto de Física e Geometria Gravitacional’ da Universidade da Pensilvânia/EUA, construíram um modelo de Universo, a partir de uma teoria (ainda sem comprovação experimental), que espera entender o efeito das partículas elementares no espaço, no tempo…e vice-versa: a LQG (Loop Quantum Gravity, ou “Gravidade Quântica de Laços”). Para descobrir se    a LQG poderia resolver o mistério do que exatamente acontece no “big bang“, a equipe realizou vários cálculos divulgados na “Physical Review Letters” de 12 de abril — sempre chegando à mesma conclusão: Mostramos que no lugar de um ‘big bang’ clássico, há na verdade, um “salto quântico“…A viagem da equipe de Ashtekar rumo ao “big bang começou montando um cenário que é a descrição simplificada do estado atual do cosmo:  Nesse cenário…’o espaço se expande constantemente’… em contraste com a…’expansão acelerada’, em escalas cósmicas do espaço real. O único ator aí é o tipo mais simples que um físico teórico é capaz de imaginar – partículas que surgem de um…campo escalar”.

Campos escalares” não existem de fato, são apenas uma simplificação para facilitar os cálculos necessários para se obter conclusões de difíceis equações, como as da LQG. Tais equações representam uma tentativa de se adaptar as leis da relatividade geral, ao mundo quântico das partículas elementares…Na relatividade geral, a natureza da “força gravítica” está intimamente relacionada ao “espaçotempo”de modo que, a gravidade da matéria influencia a passagem do…”tempo” – assim como a “geometria do espaço“…ao redor. (E também se dá o inverso…a geometria do espaçotempo define como a matéria se move)

Os limites do ‘espaçotempo‘                                                                                          Portanto…quando os pesquisadores usaram a ‘LQG’ para rebobinar a                                    “fita do filme” do seu modelo de universo, não viram apenas o “campo                                    escalar” mudando de estado… Eles testemunharam o próprio ‘cenário                                    espaçotempo’  interagindo com o ator…o ‘campo escalar‘, definindo                                    ‘pontualmente‘ — todas… “transformações locais de simetria“.                                

Os pesquisadores ajustaram o “campo escalar” de modo a inicialmente… só existir uma partícula isolada no cenário. O plano deles era usar as equações da ‘LQG’ para seguir esta partícula de volta no tempo e descrever a sua história, do presente até o próprio big bang. Nesse caminho…com o espaço se contraindo – e o crescimento da densidade do…”campo escalar”, a noção de partícula começa a perder sentido; como explica Ashtekar: “é melhor pensar em termos de um campo quântico, do que em partículas”. Nesse caso, até a noção de tempo perde o sentido, pois o próprio tempo tem uma…’natureza mutável’…Paradoxo só resolvido para as relações entre variáveis, associadas ao espaçotempo e campo escalar.

“Já que não existe nenhum relógio externo ao universo fazendo tic-tac, e registrando sua evolução, nós fazemos perguntas relacionais, tais como:    Se o volume de universo era assim…quando o campo escalar tinha valor  X… qual seria seu volume quando o campo escalar tinha um valor Y?”

Essas correlações fornecem uma evolução temporal efetiva… Quanto mais próximo do big bang, mais longe de nossa realidade sensível o universo fica. De acordo com leis abstratas da “geometria quântica”…espaço e tempo se…”dissipariam“…em seus constituintes mais fundamentais…É como se existissem partículas elementares de espaço e de tempo – nada menor que uma ‘partícula de espaço’…nem nada mais breve que uma ‘partícula de tempo’.

A geometria quântica da LQG

Se o modelo seguisse as equações teóricas da “cosmologia quântica” dos anos 1970, a ‘viagem’ acabaria antes de se alcançar o ‘big bang. Para estas equações, haveria uma lei fundamental que nos proibiria de ‘rebobinar’ a fita até o começo.  Mas… desenvolvida na década de 1990 – a ‘LQG’ é uma teoria mais refinada… Ashtekar e sua equipe, queriam agora…saber se também ela nos imporia…o mesmo limite, que ocultava o início do big bang.

E, com efeito, suas contas mostraram que, para a LQG, a contração do espaço tem um limite…que é alcançado, justamente, no “big bang”… E, nesse limite…a gravidade torna-se repulsiva. Com essa nova propriedade, os pesquisadores puderam, não só calcular os valores do campo, exatamente no big bang – como descobriram não haver impedimento para ‘continuar a viagem’… – Além do big bang havia mais fita para ser rebobinada…Prosseguindo com os cálculos para explorar esse outro lado do big bang,      eles verificaram que a densidade do campo diminuía – e o espaço se expandia… para, finalmente… – se chegar a um cenário praticamente idêntico ao inicial – isto éuma  partícula isolada, ocupando um espaço infinito, porémem processo de “contração”:

“A geometria quântica serve como uma ‘ponte’ entre 2 grandes universos clássicos – um se contraindo – e o outro..se expandindo.              Ou seja, teria existido um…’universo infinito’… – similar ao nosso,            que se contraiu…até um limite máximo… quando então, iniciou              sua expansão – que deu origem ao nosso próprioespaçotempo”.

Ashtekar agora trabalha num “modelo mais realista” para verificar as simplificações não afetaram as conclusões. Mas, resta o fato de que as leis da LQG ainda não foram testadas; já que seus efeitos só poderiam ser percebidos – em uma escala “absurdamente” pequena: 10e-³³cm (escala de Planck)…o próton é 20 ordens de magnitude maior. – E…ele conclui:

“Alguns pesquisadores sugerem até, que as propriedades observáveis da                                RCFM poderiam ser explicadas por efeitos previstos pela LQG… embora                                esses cálculos ainda sejam bem preliminares”. texto base (maio/2006) *******************************************************************

O ‘Grande Ricochete’  (Julho/2007)                                                                                              O artigo introduz um novo ‘modelo matemático’ que pode encontrar novos detalhes sobre propriedades de um ‘estado quântico‘… à medida que este evolui através do ‘Salto‘…substituindo a ideia clássica de um ‘Big Bang‘…como o início dos tempos.” 

O que aconteceu na noite anterior ao Big Bang? O que deixou de existir, para que o novo universo pudesse surgir? — Questões como estas poderiam ser rapidamente catalogadas como filosofia – ou até metafísica … mas não para Martin Bojowald, da Universidade da Pensilvânia / EUA… Para ele, essas são algumas das questões mais importantes a serem respondidas pela Física… Tendo recentemente apresentado uma teoria complementar à ideia do “Big Bang” (‘Big Bounce‘), para ele, o que houve foi um grande…”ricochete“.

bigbang

de acordo com a teoria do Big Bang (e com a Relatividade Geral de Einstein) o nosso universo surgiu de uma singularidade no espaçotempo (um ponto com dimensão zero, e densidade infinita).

Os limites do “Big Bang”

Assim como a ideia relativista de uma velocidade constantee imutável da luz,      o conceito de “Big Bangnada tem de intuitivo…Mas os físicos sabem que esse      é o melhor modelo existente hoje…e que    ele trouxe comprovações científicas que, independem da intuição…ou bom senso.      E também sabem que modeloé menos  que teoria, que por sua vez, nada mais é, que uma ‘cópia idealizada‘ da realidade.

Einstein descreveu o Big Bangcomo uma singularidade…termo do jargão científico    para absurdo. Essa ‘entidade’ teria volume zero, e uma densidade de energia ‘infinita’.

Mas essa “sujeira varrida para debaixo do tapete” da Física reapareceu, quando surgiu a ‘Mecânica Quântica’ – conforme explica Bojowald…“A Teoria da Relatividade Geral não inclui a física quântica, a qual descreve energias extremamente altas, que dominaram o universo em seus primeiros momentos de ‘evolução’. A melhor forma de compatibilizar estas 2 teorias aparentemente inconciliáveis é hoje o maior desafio dos físicos teóricos”.

No caso do Big Bang…quando cientistas utilizaram as equações da Teoria Quântica para estudar o nascimento do nosso universo descobriram que os resultados apontavam para um ‘átomo primordial‘… cujo volume não é zero, e cuja energia contida não é infinita. Assim, portanto… é possível continuar os cálculos para antes da ocorrência do Big Bang, rompendo os limites que a singularidade até então representava. – C
om essa alternativa  Bojowald tirou suas conclusões…sobre o período anterior ao “início oficial” do Universo.    A teoria por ele utilizada é a ‘Loop Quantum Gravity (‘gravidade quântica de laços’),    e sua função básica é reescrever em termos quânticos compatíveis a “relatividade geral”.  Partindo dessa versão da gravidade quântica é possível sondar a singularidade; e aí os cientistas ficam livres para brincar com a hipótese, de que o Big Bang pode não ter sido      o verdadeiro início do Universo. — Com efeito, talvez o cosmos nem tenha um início no tempopossivelmente ele sempre foi, e sempre será, alternando apenas em seu estado.

A nova teoria também sugere que…embora seja possível descobrir muitas propriedades dos momentos iniciais do universo, sempre haverá uma incerteza sobre algumas dessas propriedades, resultante de extremas forças quânticas existentes durante o ‘Big Bounce’.

Boas, e más notícias                                                                                                                    Big Bang clássico representa apenas um momento no tempo em que o               Universo passou de um estado de contração para um estado de expansão.                        Muitos dos detalhes do que veio antes… no entanto – são apagados…sem                            deixar quaisquer resquícios…já que o cosmos – simplesmente…”renasce”

Considerando essa hipótese válida, Bojowald traz boas notícias. Segundo seus cálculos,   é possível que alguma informação sobre o ‘estado do Universo pré-Big Bang’ … possa ter vazado para dentro da versão atual, quando a expansão (re)começou. Isso quer dizer que, com as observações certas…talvez seja possível obter provas de que o ‘Big Bang não foi o início de tudo – e até mesmo revelar algumas características dessa pré-fase’ do Universo.    Agora, a má notícia…segundo o físico da Pensilvânia, esse quadro da “vida anterior” do Universo nunca estará completo. Se, de um lado, há a possibilidade de encontrar alguma evidência do que veio antes, por outro lado, cálculos mostram que ao passar pelo gargalo do Big Bang, o Universo…inevitavelmente…sofre uma espécie de…”amnésia cósmica“.

Claro que… alguns físicos mais céticos, podem argumentar … ‘se essa amnésia cósmica é realmente inevitável, a nova teoria não faz muito mais que a antiga versão ‘Big Bang’…para explicar o que teria vindo antes’. Bojowald responde:

“Esse pode parecer um retorno … à já  tradicional imagem… em que falar de ‘antes do Big Bang’ não tem sentido…mas é muito mais sutil. – Na imagem tradicional – o ‘Big Bang’ é precedido pela singularidade em que a teoria se quebra… – A singularidade, portanto,      é limitação técnica, e não um início físico – A ‘gravidade quântica’ usada aqui, pode dar  soluções que vão além da ‘singularidade clássica’. Limitações para a definição de algumas propriedades pré-Big Bang… – agora são derivadas da teoria – e não…término da teoria”.

Loop Quantum Gravity                                                                                                            A teoria revela um universo em contração…antes do ‘Big Bounce’,                                     com uma geometria espaçotempo semelhante à do universo atual”.

A “Teoria quântica da gravidade em laços” foi criada…e está sendo desenvolvida, pelo ‘Instituto de Física Gravitacional e Geometria da Universidade da Pensilvânia’… EUA, sendo hoje uma das principais teoria de unificação entre relatividade e física quântica.  Cientistas, que a utilizam para retroagir nosso universo ao começo…descobriram que    seu volume inicial não é zero, muito menos sua energia máxima infinita. Sendo assim,  equações da teoria seguem produzindo resultados matemáticos válidos; para além da singularidade ‘Big Bang’, abrindo aos cientistas uma janela do tempo antes do ‘Salto‘.

A teoria sugere que o tecido do espaçotempo possui uma ‘geometria atômica’ formada        por…“fios quânticos unidimensionais”…Reagindo violentamente, sob condições extremas, regidas pela física quântica perto do…”Big Bounce“…tais propriedades do espaçotempo  fazem com que a gravidade se torne fortemente repulsiva a ponto de,        em vez de sumir no ponto zero, como previsto pela ‘Relatividade Geral’, o Universo        se refaz no Big Bounce — “dando luz” ao nosso…”universo primordial”…em expansão.

replacing-the-bangO “modelo Bojowald

As “equações diferenciais” do modelo original da gravitação  quântica”, exigiam sucessivos micro-incrementos de tempo. O novo modelo integrável por sua vez permite acumular um ‘período de tempo’ com todas essas mudanças incrementais. – As equações do sistema necessitam de parâmetros…que descrevam o estado do universo de forma precisa, significando que podemos usá-lo para viajar, matematicamente, de volta no tempo…dando uma “marcha-a-ré” na evolução do universo…e descobrindo como ele era em seus momentos iniciais… As equações também contêm alguns “parâmetros livres” que não são ainda conhecidos com precisão…mas são necessários para descrever certas propriedades do sistemaSobre isso explica Bojowald:

“A grande vantagem com este novo modelo é que agora temos uma            melhor noção do comportamento – e…influência dessas variáveis.”

A “incerteza cósmica”                                                                                                                  “É semelhante às relações de ‘incerteza‘ na ‘física quântica’; onde existe complementaridade entre a posição de um objeto… e sua velocidade – se                          conseguirmos medir uma, não podemos medir a outra simultaneamente.”

O “modelo Bojowald” fornece o desenvolvimento de uma expressão matemática que contém todos esses parâmetros independentes…possibilitando a “visão imediata” da influência de cada um. Assim, após a resolução das equações chega-se às conclusões, partindo dos resultados… Bojowald também descobriu, que 2 desses parâmetros são complementares — ou seja…um é relevante quase exclusivamente após… – e o outro, quase exclusivamente antes do…”Big Bounce“…representando assim a ‘incerteza quântica…referente ao volume total do universo… – antes e depois do “Big Bang“.

Estas incertezas são os parâmetros adicionais que se aplicam quando um sistema é posto em um ‘contexto quântico’ … tal como a ‘teoria quântica da gravitação. — Como um destes parâmetros, essencialmente… não tem influência sobre cálculos do universo atual, Bojowald concluiu que não poderia ser usado como ferramenta para cálculos regressivos de valores do pré-universo. Este estudo portanto, indica uma ‘complementaridade’ entre “fatores de incerteza” para o…”Big Bounce” como o próprio Bojowald assim comentou:

Para todos os efeitos práticos, o fator de incerteza preciso para o volume do universo anterior nunca será determinado por um procedimento de cálculo retroativo, a partir das condições do universo atual – mesmo com as medições mais precisas que sejamos capazes de fazer…Esta restrição implica em novos limites para saber se a matéria, no universo pré-Big-Bang foi mais dominada por propriedades quânticas…ou clássicas“.

números-aleatórios

A eterna recorrência de universos absolutamente idênticos torna-se (felizmente) uma impossibilidade, devido à existência de uma aparente amnésia cósmica intrínseca.

A nova teoria joga por terra um comportamento, já levantado por outros cientistasque o universo ‘renasceria‘… seguidas vezes, contraindo e expandindo sempre com as mesmas “características”.    Mas nesse casopelo menos um dos parâmetros anteriores não sobrevive à passagem do Grande Saltoo que então caracterizaria assim… — um tipo inexorável  de…”esquecimento cósmico“.

‘Dicas do que havia antes do Big Bang’ (#) “Before The Big Bang”  “Na noite anterior” — (jul/2007)  ************************************************************************************

Procurando “nós” na ‘Radiação Cósmica de Fundo’ (jan/2009)                                  A teoria atual baseia-se em um fenômeno chamado inflação cósmica, que propõe que o espaço expandiu-se exponencialmente no instante seguinte ao Big Bang. O problema é que isso resultaria num universo perfeitamente uniforme. Contudo, todas observações indicam que há variações gigantescas entre as diversas regiões longínquas do Universo.

Até agora, acreditava-se que a ‘explosão’ que deu origem ao universo foi forte o suficiente para eliminar qualquer traço do que existia antes. Mas, uma nova interpretação de dados dos instantes iniciais pós-Big Bang pode lançar alguma luz sobre o que existia antes…e o que exatamente explodiu… – A nova teoria de Marc Kamionkowski (Caltech), procura explicar as “anomalias” verificadas nos dados, que mostram variações no que deveria ser uma “distribuição perfeitamente uniforme” – da radiação…e da matéria no Universo.

Os cientistas detetaram uma anomalia nos dados da Radiação Cósmica de Fundo (RCFM), a radiação na faixa das microondas…que inundou o Universo 380 mil anos depois do “Big Bang”. A RCFM é uma espécie de “sinal luminoso” do Big Bang … cujo brilho decaiu para microondas…à medida que o Universo se expandia, ao longo dos 13,8 bilhões de anos que se seguiram ao seu surgimento. Dados da sonda espacial “WMAP” (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) da NASA mostram que a amplitude nas flutuações dessa ‘RCFM’que seria consistente com o “modelo inflacionário”, na verdade não é semelhante em todas as direções. E Kamionkowski assim explica… “É uma anomalia…adequadamente certificada, contudo… ainda seria prematuro – só por causa disso – descartar a inflação cósmica“. 

“Inflaton” x “Curvaton”                                                                                                              Com isso, os pesquisadores inseriram a assimetria (nos dados)                                          dentro do escopo da própria… ‘teoria da inflação cósmica‘.

stargrid

Até hojeexistem 2 tipos de campos de energia, propostos como sendo os “motores” da ‘inflação cósmica’ do Universo… — O 1º…”inflaton… não passou nos testes da nova teoria. Mas a “coisa funcionou” com o 2º modelo, chamadocurvaton…  proposto para explicar as ‘flutuações observadas na ‘RCFM’. Mudanças aí podem afetar o modo como a temperatura varia – de um lugar – para outro… no Universo. 

Este campo escalar (curvaton), ao conservar seu valor médio, mantém a coerência          do “modelo inflacionário“; além do que, prevê na RCFM uma maior quantidade              de pontos frios do que quentes; hipótese esta, testável pela “sonda espacial Planck.

A “anomalia” introduzida pelos físicos no valor do “curvaton”, ofereceu um ganho adicional…qual seja…o 1º vislumbre sobre o que existia antes do ‘Big Bang’. – Isso          porque a perturbação pode ser resultante do efeito herdado de uma época anterior            ao início da inflação cósmica. – Para Kamionkowski… “Em termos observacionais,         tudo isto está escondido por um véu… Se nosso modelo for confirmado, teremos a 1ª chance de olhar além desse véu.” texto base… “O que existia Antes do Big Bang”    ****************************************************************************

bigbangUm Deus de“flutuações eternas” (set/2010)  Há uma série de teorias, incendiando a ciência. E elas podem, finalmente revelar o impensável. O que existia… – antes do começo de tudo. – A explosão…que originou o Universo…aconteceu bem aí, no lugar onde você está agora. Pois, no momento do “Big Bang’ todos lugares estavam no mesmo lugar ocupando um espaço mínimo.

Fora daí… não havia nada. E ainda não há… O Universo continua sendo só a parte interna do Big Bang. Não há nada de fora… – Nem tempo…passado, presente e futuro, só existem aqui dentro. Difícil de imaginar, mas é a verdade… – Fora do “tecido cósmico”…é o “antes do Big Bang” – um limbo longe do alcance da ciência, ou da imaginação… – Até por isso a maior parte dos cientistas acha perda de tempo pensar nisso… – Mas, mesmo assim…não faltam pesquisadores com ótimas teorias sobre o que existe lá fora; o que teria acontecido antes do próprio tempo existir. Essas ideias trazem como bônus uma ‘revolução filosófica’ capaz de mudar tudo o que se pensava sobre a existência. Seja lá o que for que se pensava.

No início, tudo estava espremido, mas tão espremido, que não tinha tamanho nenhum…O embrião do Universo tinha dimensão zero…É o que chamamos “singularidade”. E além da singularidade a ciência não consegue enxergar nada. – O momento em que essa “semente” começa a se expandir é chamado “Big Bang”e estamos dentro dele. Seja o fim do tempo, seja a singularidade…que comprime toda a existência num espaço de dimensão zero, tudo parece uma abstração… – Mas não!… – As singularidades existeme são mais comuns do que parecem. Há um monte delas…10 milhões só na nossa galáxia: são os ‘buracos negros’.

Em “singularidades” onde a força gravitacional é infinita … em um ponto de dimensão zero – a ciência não consegue enxergar…o que acontece do outro lado do buraco negro“…E perguntar isso é tão absurdo… quanto querer saber o que havia antes do Big Bang‘. Como quanto maior a gravidade mais lentamente o tempo passa, o tempo para um observador perto de um ‘BN’,  passaria lentamente. No centro da ‘Via-Láctea’, há um ponto onde o tempo já deixou de existir.

A semelhança entre o ‘interior‘ de um buraco negro, e o Big Bang…é evidente; qualquer um se sentiria tentado a dizer que no fundo, são a mesma coisa. Aliás, essa é a proposta Lee Smolin, físico canadense do “Perimeter Institute”, que divulgou, ao final dos anos 90, a surpreendente proposta de que a “singularidade” do Big Bang … corresponde à de um “buraco negro”…que faz parte de um “outro Universo”…O Big Bang foi o começo do tempo e do espaço, certo?…No interior de um buraco negro o tempo e o espaço acabam.

Portanto, a ideia de Smolin é que estamos do outro lado de um buraco,          que existiu num outro Universo. – E…segundo Smolin, herdando, com pequenas variações…características cosmológicas de nosso precursor.

Essa ideia ele não tirou da imaginação, mas da Teoria da Evolução. Darwin mostrou que seres vivos nascem com mutações que podem melhorar ou piorar suas chances de deixar descendentes. – Na teoria de Smolin, essas variações podem fazer surgir mais ou menos buracos negros dentro do universo-filho. – E então, estando ele certo, quem olhasse esse conjunto de universos do lado de fora veria uma grande ‘árvore da vida’. Uma boa teoria para o que havia antes do Big Bang, apesar de não responder ao que teria originado o 1º.

flutuações quânticasApesar de ostentar o ‘título’ deteoria mais ‘anti-intuitiva‘ já concebida pela ciência – a física quântica ganha em exatidão, de todas outras. Para descrever o comportamento de infindas partículas sub-atômicas, frenéticas pululando a uma temperatura … 10 trilhões de trilhões de vezes à do Sol — é impossível não usá-la como um ‘superzoom’ revelando detalhes bizarros, que costumam se ocultar nas “profundezas”…do interior da ‘matéria’.

No mundo quântico, partículas surgem do nada…e aí desaparecem. Esse micromundo é oscilante, assimétrico, caótico, descontínuo, imprevisível. Uma terra sem lei. Ou melhor, uma terra com uma única lei…a da probabilidade. Agora imagine o seguinte: o Universo inteiro é um infinito cassino onde cada partícula subatômica é uma roleta girando. Para ganhar algo no cassino, é preciso que, em um pedacinho do Cosmos, todas as roletas…e haja roleta (há 1 seguido de 100 zeros partículas no Universo!), tirem o mesmo número. Totalmente impossível, não?… – A resposta seria sim … não fosse estarmos tratando de escalas de tempo bem maiores…que os 13,8 bilhões de anos do nosso universo cósmico.

Segundo teóricos da física quântica…dependendo do tempo que se passa jogando… – é possível que o resultado das roletas da flutuação quântica gere algo surreal: uma bolha    de matéria e espaço, que se expande rapidamente, até se desprender do tecido original.    Ou seja, acontece um ‘Big Bang’. Se as roletas quânticas derem sorte no novo Universo, nasce outro dentro dele. E assim basicamente ao acaso, vão pipocando universos, cada    um confinado às suas próprias dimensões de tempo e espaço. Mas tudo isso soa muito estranho… – Por que motivo partículas que somem, reaparecem, e oscilam sem parar?

Segundo o físico David Deutsche. a interação com partículas de outros Universos a escala subatômica é a única explicação plausível para essa espécie de chilique eterno, que assola  o mundo quântico…O que havia antes do chilique?…Deutsche não ousa responder. O que ele e outros físicos costumam fazer é…buscar sentido para a exótica ideia dos universos paralelos. – E chegaram a uma…’hipótese insana’ – a de que vivemos neles. (texto base) ***********************************************************************************

Novos modelos do “Universo primordial”                                                                  Cientistas da “Universidade da Pensilvânia”/EUA — usando técnicas de física quântica, desenvolveram uma nova compreensão das…”primeiras eras”…da história do universo. 

O recente patamar da ‘Teoria Quântica em Loop mostra que as estruturas em larga escala observadas hoje no Universo evoluíram de ‘flutuações fundamentais’; essência da natureza quântica do espaçotempo. Assim é fornecida uma nova estrutura conceitual e matemática, para descrever a exótica “geometria quântica do espaço-tempo primordial”.    Por esse novo paradigma, o universo foi comprimido, até densidades inimagináveis, tais que seu comportamento deixou de ser governado pela ‘física clássica’…da “relatividade” de Einstein…  em favor de uma teoria mais fundamental…incorporando a dinâmica da ‘mecânica quântica’. – A densidade da matéria era 10e94 gr/cm³ (densidade de Planck); um valor absurdo…levando em conta a densidade do “núcleo atômico”…(10e¹4 gr/cm³).

A ‘radiação cósmica de fundo’ em microondas…foi detetada quando o Universo tinha apenas380 mil anos. Após esse período… — aconteceu uma expansão moderada‘. A densidade do Universo no início da ‘inflação’… era 1 trilhão de vezes menor, do que aquela em sua “primeira idade” – por isso…a “influência quântica”, na dinâmica de larga escala da ‘matéria/espaçotempo’  pode ser avaliada como desprezível.

Observações em microondas da “radiação cósmica de fundo”…mostram que o universo, predominantemente, assumiu uma consistência uniforme após a inflação. O paradigma inflacionário padrão ao descrever o universo primordial, com efeito, trata espaçotempo, como um suave contínuo; tendo assim notável sucesso na explicação das características observadas da “RCFM”. Contudo, este modelo está incompleto. – Ele contém a ideia de que o universo – do nada, explodiu em um “Big Bang”…o que, naturalmente, resulta da incapacidade da “relatividade geral”… – em descrever… “situações quânticas extremas”.

É necessária portanto uma teoria quântica da gravidade, como a ‘cosmologia quântica em loop‘ – para ir além de Einstein,                      e capturar os ‘mecanismos físicos’, perto da origem do universo.

Trabalhos anteriores sobre a cosmologia quântica de laços, já haviam atualizado o conceito de ‘Big Bang’, junto ao novo paradigma de um “Big Bounce“, evidenciando a possibilidade de que o universo surgisse de uma massa “supercompactada” de matéria.  Quando então os cientistas usaram o…”paradigma inflacionário“…juntamente com as equações de Einstein para modelar a evolução das áreas espalhadas pela “RCFM”, eles deduziram que as irregularidades encontradas…representavam “sementes de matéria”,  desenvolvidas no tempo…Usando então a “LQT” nas equações quântico-cosmológicas, notou-se que flutuações fundamentais da natureza própria do espaço, no momento do      “Big Bounce” — evoluíram até às… “estruturas semeadoras”… — observadas na ‘CMB‘.

Cosmic Background Radiation X Loop Quantum Gravity

Cosmic Background Radiation X Loop Quantum Gravity

O artigo…’empurra para trás’… a “gênese estrutural cósmica”… do universo… da “era inflacionária”, até o Big Bounce, cobrindo cerca de 11 ordens de magnitude … em densidade de matéria, e também curvatura do espaçotempo. Para  o físico Abhay Ashtekar… o mais interessante… é que — em breve,  diversas previsões…para futuras teorias poderão ser testadas…da união Big Bounce/RCFM…E daí:

“Nosso novo trabalho mostra que, restringindo as condições iniciais          que poderiam existir no Big Bounce… – a evolução dessas condições              está de acordo com observações atuais da ‘RCFM’…e, naturalmente, acabam resultando na estrutura em larga escala… que vemos hoje”.

‘Um novo Paradigma’ (dez/2012) ‘The beginning of Everything’  ‘New Insights’ *************************(texto complementar)****************************

E se não houverum único princípio?                                                                                  O ‘Big Bang’ não é a única noção de “origem cósmica” compatível com a física atual.              A “cosmologia quântica de laços” (“loop quantum cosmology”) tem acumulado argumentos de que nosso Universo surgiu do ‘colapso’ de um universo preexistente.

A teoria chegou agora ao ponto de maturidade necessária, para fazer previsões – que podem ser submetidas a testes experimentais. Confirmada…o ‘Big Bang’ teria sido,        na realidade, um “Big Bounce”, ou seja, um grande “ricochete”  e o Cosmo não viria        de um ponto de infinita densidade…mas de uma sucessão de expansões e contrações, talvez eterna, sem princípio nem fim. Essa conclusão se deve, ao menos em princípio,          à capacidade que a ‘cosmologia quântica de laços’ tem de iluminar aquelas regiões do passado onde a grande teoria atual do espaço, tempo e gravidade que é a relatividade    geral de Einstein…sequer alcança. As equações de Einstein se desfazem na origem do Universo, que assim se constitui numa ‘singularidade matemática’, onde a densidade infinita nesse ponto, não pode ser explicada pela “teoria relativística” de Einstein.

A relatividade geral é um dos 2 pilares sobre os quais se baseia a física atual. O outro é a mecânica quântica. A grosso modo – a primeira descreve o comportamento de planetas, estrelas, galáxias e suas interações gravitacionais a grandes escalas, e a segunda atua no mundo subatômico… Ambas teorias têm enorme poder de previsão…superando as mais severas provas experimentais a que foram submetidas – mas são incompatíveis entre si.

big-bounce-cyclic-double-universeGravidade quântica de laços

Existem 2 grandes ‘correntes teóricas’ para tentar superar essa discrepância, e agrupar a relatividade, e a mecânica quântica — sob uma perspectiva mais ampla; eliminando suas contradições.

Uma delas é a…”teoria de cordas”, e a outra… “gravidade quântica de laços”, na qual se baseia…a nova cosmologia do ‘Big Bounce‘ (Grande Ricochete).

Desenvolvida por Abhay Ashtekar, Lee Smolin, Carlo Rovelli…e outros físicos desde a década de 1980, a principal qualidade desta nova teoria é… não considerar o espaço, um contínuo em pequena escala… assim como matéria e energia… se o examinarmos bem      de perto…o espaço… teoricamente – seria formado por quantias indivisíveis. – Cada um desses pacotes de espaço com magnitude infinitesimal de cerca de 10 elevado a – 35 m²; suficiente para evitar paradoxos matemáticos da “singularidade”…ou seja…’espaço zero’, implicando uma densidade e uma gravidade infinitas…na origem do universo – mas, se      o espaço não pode jamais chegar a zero; a gravidade também não seria infinita ali. Esse artifício — efetivamente — permite que as equações da … gravidade quântica de laços possam explorar regiões do passado – até então “proibidas”…para a relatividade geral.

Quando Ashtekar e sua equipe enfim desenvolveram a “cosmologia quântica de laços“, através de minuciosos “programas computacionais” do universo descrito por suas equações, ocorreu algo inesperado. O físico estava observando a simulação correr para    trás no tempo – com o universo se tornando cada vez menor, e mais denso em energia, enquanto se aproximava do Big Bang…algo definitivamente esperado. Mas, em vez de desmoronar num ponto de densidade infinita… a simulada singularidade do Big Bang sofreu um “ricochete”…e começou a se expandir de novo. – Se as equações estivessem corretas, nosso universo não vinha da explosão de um ‘ponto singular’, mas da reação        de um universo anterior, resultado de seu processo de compressão (um “Big Bounce”).

Nesse caso, é importante notar que a “cosmologia quântica de laços” não desenha um  quadro tranquilizador de um…”universo eterno“… salvo por oscilações até ‘tamanhos convencionais’. Se a teoria estiver correta (o que falta verificar) o universo anterior ao nosso teria se contraído até alcançar uma densidade de 5 vezes 10 elevado a 96 kg/m³ (densidade de Planck)antes de dar lugar à sua atual fase de expansão…Sendo assim, nenhuma civilização sobreviveria a tamanhosufoco“… Na verdade, o que torna essa teoria notável é sua capacidade de evitar os infinitos da singularidade, esquivando-se      dos “paradoxos matemáticos” derivados do absolutismo de um fictício… “ponto zero”. 

do que o universo é feito

As “variáveis misteriosas”

Que o universo inverta… ou não, sua tendência atual, para iniciar uma compressão que o conduza ao próximo salto… criticamente depende de 2 grandes mistérios: a matéria escura e a energia escura…que juntas constituem 96%…de tudo aquilo que existe. 

A “matéria normal” (‘bariônica‘) de uma galáxia é formada por estrelas…e basicamente gás e poeira interestelar. O problema é que a soma dessas massas não é suficiente para manter a galáxia unida pela atração gravitacional entre seus braços. Decorre daí…a necessidade da “matéria escura” (cerca de 24% da massa do universo)…para manter a estrutura estável.

O outro mistério, a “energia escura”, que forma os 72% restantes do Cosmo, têm a mais curiosa das histórias na física teórica. Segundo a relatividade geral, teoria da gravidade que Einstein descobriu em 1916… os objetos deformam o espaço e o tempo – o “espaço-tempo” de seu entorno, como uma bola de boliche deforma uma cama elástica. A dança geométrica dos objetos em “queda livre” pela curvatura dessas deformações…em pleno espaçotempo representa a “gravidade“…Mas a ‘relatividade geral’ tinha um problema grave, que Einstein não pôde ignorar… – se aglomerados de galáxias deformam a cama elástica do espaço-tempo, o universo deveria desmoronar para dentro de seu centro de massa… – Como em 1916 o universo era considerado “estático”, Einstein inventou uma forçaou ‘pressão repulsiva’, para compensar as deformações causadas pela existência    de massa no espaçotempoE chamou este mecanismo de “constante cosmológica“.

Acontece que o artifício de Einstein … equivale à expansão cósmica atual observada.            A “energia escura” – motor de uma expansão acelerada…parece ser justamente essa constante cosmológica descartada pelo físico alemão comosegundo suas palavras:            “o maior erro de minha carreira” – ao saber da expansão do universo. texto original ******************************************************************************

Simulações do “Big Bounce” desafiam o “Big Bang” (ago/2020)                              Avançados programas computacionais simularam a ‘contração cósmica’,                            cujas características correspondem ao “Universo” que observamos hoje.

Web

Em um universo cíclico, períodos de expansão se alternam com períodos de contração. Dessa forma, o universo não tem começo nem fim. [representação gráfica: Samuel Velasco/Quanta Magazine]

A história padrão do nascimento do cosmos…é mais ou menos assim…Quase 14                  bilhões de anos atrás, uma tremenda quantidade de energia – como se vinda do                nada, se materializou. Então, em um breve momento de rápida expansão…toda                essa energia inflou o cosmos — como um balão Tal expansão, em larga escala, homogeneizou toda e qualquer curvatura… – levando a uma geometria – agora                descrita como plana. – Aqui e ali, aglomerados de partículas criaram galáxias e                  estrelas, mas essas são apenas gotículasnum vasto oceano cósmico de espaço.

Essa teoria chamada “inflação”…corresponde a todas observações até agora,                  sendo a preferida pela maioria dos cosmólogos, mas tem algumas implicações                  conceituais perturbadoras…Ou seja…na maioria das regiões do espaço-tempo,                        a rápida expansão não cessaria. A inflação – portanto, produziria multiversos, obrigatoriamente, com variedade infinita – onde um dos quais…seria o nosso.

Para os críticos, a inflação prevê tudo – o que significa…em última análise, não                      prever nada. Como disse Paul Steinhardt, um de seus arquitetos, que se tornou                  um dos críticos mais ferozes… “A inflação não funciona como deveria” Nos                    últimos anos, Steinhardt e colegas produziram uma história diferente de como                  surgiu nosso universo. Eles requentaram a ideia de um ‘universo cíclico’, a fim                        de replicar o universo que vemos (plano e homogêneo) livre de um “Big Bang”.

Para tanto, contaram com a ajuda de pesquisadores especializados em modelos computacionais da gravidade para analisar como um…”universo em colapso”                    mudaria sua própria estrutura. Por fimdescobriram que a contração venceria                      a inflação em seu próprio jogo. Não importa quão bizarro/retorcido o universo                  parecesse, o colapso, efetivamente, apagaria toda a gama de rugas primordiais.

Big-Bounce-graphic.

Uma nova Visão (ekpirótica)                                                                                              Recentemente, uma nova visão do universo cíclico (“ekpirótico“), surgiu de uma        colaboração entre Steinhardt, Anna Ijjas, cosmologista do ‘Instituto Max Planck’                    de Física Gravitacional, e outros permitindo uma “rebobinagem” sem colapso.

Quando se trata de visualizar expansão e contração, é costume nos concentrarmos num universo semelhante a um balão, cuja mudança de tamanho é descrita por um “fator de escala”. Mas um 2º parâmetro, oraio de Hubble‘, é ignorado. Equações da relatividade geral, com efeito, permitem uma evolução independente o que… na verdade é crucial para a possibilidade de se nivelar o universo mudando qualquer um desses parâmetros.  Imagine uma formiga num balão…A inflação é como encher o balão, assumindo o ônus    de suavizar e achatar o cosmos na expansão. Todavia, no universo cíclico a ‘suavização’ ocorre durante um período de contração. Nessa época, o balão desinfla modestamente, mas o verdadeiro trabalho é feito por um horizonte que encolhe drasticamente – como        se a formiga visse tudo através de uma extraordinária lupa…cada vez mais poderosa. A distância alcançável diminui, e assim portanto, seu mundo fica cada vez mais limitado.

Steinhardt e seu grupo imaginam um Universo se expandindo, por talvez um trilhão de anos, movido pela energia de um (hipotético) campo onipresente, cujo comportamento hoje, atribuímos à “energia escura“. — Quando este campo eventualmente cresce em tamanho; o cosmos suavemente começa a se esvaziar. Ao longo de bilhões de anos, um fator escalar de contração traz tudo para mais perto mas não exatamente…um ponto.      A drástica mudança ocorre no colapso do… “raio de Hubble” – que, eventualmente…se torna microscópico. A contração cósmica recarrega o “campo de energia” aquecendo        o universo — e vaporizando seus átomos… — Segue-se um salto… — e o ciclo recomeça.

Neste modelo de salto, o raio microscópico de Hubble garante suavidade e                            planitude. E, enquanto a inflação transforma muitas imperfeições iniciais                            em gigantescos multiversos territoriais… a lenta contração os espreme,                            para um cosmo sem início, sem fim…e sem a singularidade do “Big Bang”.

big-bounceDe qualquer cosmosao nosso

Um desafio para ambas cosmologias:  inflação e salto … é mostrar que seus respectivos campos de energia criam    o Universo ‘certo’… independente de seu início. Para Ijjas: “nossa filosofia    é não ter filosofia. Sabemos que uma teoria funciona … quando não temos que perguntar … sob que condições.”

Ela e Steinhardt criticam a ‘inflação’, por fazer seu trabalho apenas em casos especiais,        como quando seu campo de energia se forma sem características notáveis ​​e com pouco movimento. Os teóricos exploraram essas situações de forma mais completa, em parte porque são os únicos exemplos tratáveis ​​por equações matemáticas. — Em simulações recentes…descritas por Ijjas e Steinhardt…seu modelo de “lenta contração” foi testado para uma gama de proto-universosbastante complexos para uma análise superficial.  Adaptando o sistema desenvolvido por Frans Pretorius, físico teórico da Universidade      de Princeton, especialista em modelos computacionais da relatividade geral‘, o grupo explorou campos tortuosos e irregulares alguns se movendo numa direção estranha, outros campos gerados com partes seguindo em direções opostas…Em quase todos os casos – a contração produziu rapidamente, um universo tão uniforme quanto o nosso.

Katy Clough, cosmóloga da Universidade de Oxford, também especialista em soluções matemáticas da relatividade geral, considerou estas simulações…”muito abrangentes”. Mas ela também observou que os avanços computacionais só recentemente tornaram        esse tipo de análise possível, de modo que, toda a gama de condições alcançáveis pela inflação permanece desconhecida. Embora o interesse no novo modelo varie, a maior parte dos cosmólogos concorda que a inflação segue sendo o paradigma a ser vencido. 

O próximo objetivo do grupo é dar corpo ao salto em si – num estágio mais complexo,        que requer novas interações para separar tudo novamente…Ijjas já tem uma teoria de “salto” que atualiza a relatividade geral através de um tipo de interação entre matéria          e o espaçotempo, e ela suspeita que outros mecanismos também existam. Ela planeja,      em breve, programar o modelo para entender seu comportamento em detalhes. Após compatibilizar os estágios de contração e expansão – identificar então características únicas de um universo… ecoando“… que os astrônomos possam talvez perceber.

Se ainda não foram resolvidos todos os detalhes de uma… “cosmologia cíclica” sem a intervenção radical de uma contração/expansão…muito menos ficou demonstrado que vivemos num cosmos desse tipo. Mas agora Steinhardt se diz otimista de que o modelo        em breve oferecerá uma alternativa viável ao…”multiverso”. – Segundo ele…“Os piores bloqueios da estrada já foram superados…já podemos dormir sossegados”. (texto base)

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em cosmologia, física e marcado , . Guardar link permanente.

4 respostas para O “Grande Salto”…do “Big Bang”

  1. JMFC disse:

    O Modelo Cosmológico Padrão traduz bem o atual conhecimento científico do Universo, no entanto, a Inflação mas, particularmente, a Singularidade, são o seu alicerce fraco. Porém, ainda nada de concreto, rejeição ou admissão, se pode afrmar. A investigação encontra-se nos primeiros bilionésimos do primeiro segundo…em que tudo terá começado. Chegar até lá, a grande aposta, o grande desafio.
    Aliás, o artigo que publicou trata disso, não a uma singularidade mas a algo aproximado com dmensões finitas. E o modelo proposto, daí resultante da LQG, do Big-Bounce leva-nos a uma outra hipótese de realidade, que na origem do nosso Universo esteve um outro Universo contracionário. No fundo, uma forma mais elegante de um Universo Oscilante. De notar que este modelo é rejeitado pelo facto da matéria conhecida ser insufucente para a gravidade vir, posteriormente, parar a sua expansão e levá-lo a contrair até um ponto inical (algo como uma singularidade…), e de novo a expandir-se numa sucessão infinita de ciclos.
    A questão que se colocaria é sempre a do
    aumento da entropia e em que e até onde afetaria esta oscilação.
    Há quem defenda que os buracos negros criam ordem, logo diminuem a entropia, e que o fm do Universo será em buracos negros que se irão, sucessivamente, fundindo.
    No estado atual do conheciento pode-se não descartar a sua formação mas quanto à sua fusão total penso que se trata apenas de uma mera especulação já que a aceleração da expansão do Universo a rejeitará.
    Boas Festas e Feliz Ano Novo.
    JMFC

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    • Cesarious disse:

      concordo que, com a aceleração da expansão, o modelo do Grande Colapso – em sua forma absoluta – colapsou… mas, isso não quer dizer que não existam “Grandes Atratores” por aí…

      “Boas Festas e Feliz Ano Novo” a Todos!…

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