BIG, BANG! & BOOM…

“Nunca, em toda a história da ciência, houve um período em que novas teorias                    e hipóteses surgissem, florescessem e fossem abandonadas… em uma sucessão                tão rápida… – quanto nos últimos 15…ou vinte anos”. (Willem De Sitter /1931)

expansionOlhando para trás, para os anos revolucionários, de 1915 a 1930, o astrônomo Willem De Sitter  identificou este período… como o mais extraordinário já vivido pela Ciência… — Nas teorias da relatividade e quântica…físicos, a começar por Albert Einstein,  surpreendiam com explicações   inéditas…sobre massa, energia, gravidade, e até espaço/tempo.

Enquanto os astrônomos tentavam aplicar essas novas ferramentas cosmológicas…não deixavam de se impressionar com suas próprias revelações…Como exemplo, o conceito    de ‘Grandes Galáxias’ de Shapley, foi logo seguido da confirmação dos ‘Universos-Ilha’    de Hubble. E, mais estranho ainda, no final da década de 1920 chegou-se à constatação    de que o universo, como um todo se expandia. Mas tal efeito demorou a ser assimilado.  No início do século 20 a visão comum de mundo considerava o universo como estático; aparentemente o mesmo, por toda a eternidade. Einstein inclusive, em 1917, expressou    esta opinião a De Sitter, depois deste produzir equações que descreviam o universo em expansão… – a partir de um início: “Esta circunstância muito me irrita – admiti-la, me parece sem sentido.”

Em suas equações de campo gravitacional, Einstein estava, simplesmente, elaborando uma ferramenta matemática compacta, que pudesse descrever a configuração geral da matéria e do espaçoconsiderando o universo como um todo. A peculiar curvatura do espaço – prevista nas equações, foi rapidamente confirmada em experimentos famosos,     e no início da década de 1920, grande parte dos principais cientistas admitia…com base nas equações de campo de Einstein, a real possibilidade de uma revolução cosmológica.

O único problema era que… encontrar uma solução para estas equações,                          isto é, produzir um modelo do universo era um pesadelo matemático.

O modelo De Sitter só se estabilizariase não contivesse matéria                           “Eu apenas erigi um sublime castelo no ar. Não vamos nos preocupar com                      uma resposta…mas sim, nos encontrar outra vez, o mais rápido possível!”              (Einstein para De Sitter, 1916)

DeSitter with Einstein

Albert Einstein (à esquerda) e Willem De Sitter (à direita) discutindo, no quadronegro, a teoria De Sitter, do universo em expansão. Esta foto foi tirada em 1932, no Instituto de Tecnologia da Califórnia / EUA… Copyright AP / Wide World Photos

Em 1916 durante a Primeira Guerra Mundial, Einstein…na neutra Holanda… encontrou-se com De Sitter – onde produziram 2 modelos cosmológicos… 2 soluções diferentes para as “equações de campo”… – Ambos os modelos, entretanto … pareciam necessitar de ‘ajustes especiais’. De Sitter esperava que…de algum modo, seu modelo pudesse…se ajustar, para descrever o ‘universo real’… com densidade da matéria… – próxima o suficiente de zero.

O mais impressionante contudo, sobre o seu universo vazio’… era um ‘estranho efeito’ sobre a luz…quanto mais distante do centro matemático (origem das coordenadas) mais lenta a frequência das ‘vibrações luminosas’.

Isso significava que, quanto mais distante um objeto viajasse                            nesse “fantasmagórico” universo… — mais ‘desacelerada’… a              frequência da luz… – então observada… assim pareceria ser.

A 1ª tentativa de Einstein em um modelo semelhante, não poderia conter matéria e ser estável.  – As equações mostravam que, se o Universo fosse estático no início, a atração gravitacional da matéria faria tudo ‘colapsar‘ sobre si mesmo (…o que pareceu ridículo, supor que o espaço fosse tão instável assim…) – E, com efeito…Einstein logo descobriu que poderia estabilizar o seu modelo, adicionando um simples termo constante para as equações… Se esta constante fosse não nula, o modelo não entraria em colapso sob sua própria gravidade… – E Einstein então, assim admitiu…

“Esta constante cosmológica é apenas um ‘termo fictício’, não sendo exigido pela teoria – e portanto, não parecendo natural, do ponto de vista teórico.” (a finalidade do termo é dar uma distribuição ‘quase-estática’ de matéria.)

À luz das ‘Nebulosas’ distantes…                                                                                     Não obstante o problema no universo estático de Einstein, as medições de                 Slipher… poderiam fornecer uma maneira de escolher entre os 2 modelos.

A poderosa crença em um universo estático, só poderia ser derrubada pelo peso de observações acumuladas. E, a 1ª dessas observações já havia sido relatada em 1915. Provavelmente essa observação era desconhecida por Einstein… – enquanto ele se correspondia com De Sitter, e desenvolvia sua teoria… A Primeira Guerra Mundial interrompera as comunicações entre nações de língua inglesa, e a Alemanha, onde Einstein trabalhava; enquanto De Sitter, tinha apenas um relatório incompleto, de      2ª mão dessa prova observacional…produzida no Observatório Lowell, no Arizona.          Seu fundador Percival Lowell, suspeitava que as “linhas espectrais“, observadas da            luz de uma espécie de…‘nebulosa planetária’…também poderiam ser encontradas,            no espectro das assim chamadas “nebulosas espirais”.

Em 1909, Lowell pediu para seu assistente, Vesto Slipher, obter espectros de ‘nebulosas espirais. Slipher, inicialmente, duvidava que isso pudesse acontecer. Foi quando… então, percebeu que, nas nebulosas com suas superfícies estendidas, em contraste com imagens pontuais de estrelas… – o “fator instrumental crítico não era o tamanho do telescópio [o Observatório (rival) Lick…na Califórnia – tinha um telescópio muito maior…], mas sim a ‘velocidade do obturador ‘ (‘tempo de exposição’ para fotografar espectros de nebulosas).

Com uma nova câmera … sua velocidade aumentou por um fator de 30… Assim, em 17 de setembro de 1912… – Slipher obteve um ‘espectrograma‘ da “nebulosa” de Andrômeda, indicando a sua aproximação do sistema solar…a altíssima velocidade. Slipher então, fez mais observações, expondo a mesma chapa fotográfica ao longo de várias noites. – Como resultado, foi encontrada uma velocidade média de 300 km/segundo… – considerada tão alta, que dela alguns astrônomos chegaram a duvidar.

Ao longo dos 2 anos seguintes…Slipher mediu velocidades para outras ‘nebulosas espirais’… – As primeiras medições revelaram nebulosas se aproximando no lado sul da nossa galáxia, e recuando no lado oposto.  

Slipher chegou a estabelecer uma hipótese provisória. Ele imaginou que a Via Láctea se movia (…para o sul) em relação às nebulosas. No entanto, mais observações de espirais contradisseram issoEspirais se afastando foram encontradas no lado sul… bem como   no lado do norte da nossa galáxia. Slipher, no entanto, se agarrou à sua hipótese inicial;  “talvez mais observações”… argumentou ele – pudessem achar uma preponderância de nebulosas em aproximação no lado sul…direção a qual pensava se mover nossa galáxia.  No entanto… – uma ‘interpretação diferente’ das velocidades observadas em nebulosas espirais, logo surgiu. O modelo De Sitter, de um universo estático, incluía uma redução     na frequência das vibrações de luz com o aumento da distância. Slipher tinha calculado velocidades…utilizando a regra de que…a frequência da luz observada se modifica, se a “fonte de luz” estiver se afastando rapidamente… – mas…talvez isso fosse uma ilusão…

Talvez… objetos distantes não estivessem – realmente… se afastando à     grandes velocidades; apenas emitindo uma frequência diferente de luz.

A 1ª Grande Guerra Mundial tinha restrito as comunicações… — mas, em 1921…De Sitter sabia sobre as medidas de velocidade de Slipher, para 25 nebulosas espirais…Apenas três  estavam se aproximando — o que poderia se explicar como resultado de altas velocidades em… “direções aleatórias”… — sobrepostas em um afastamento sistemático muito menor.  Ainda assim, De Sitter hesitava em tirar conclusões…velocidades eram conhecidas, mas a outra metade da relação, as distâncias para as nebulosas, desconhecidas. Esta informação crucial só seria dada por Hubble no aprimoramento de suas medições dosUniversos-ilha‘.

hubbleprimeiracefeidaandromedameu

Primeira Cefeida detetada em Andrômeda: manuscrito e chapa fotográfica

Expansão  uma surpreendente revelação cósmica                                                    Os resultados estabelecem para as nebulosas, uma relação                                                  aproximadamente linear… entre velocidades e distâncias.” 

Em 1928, o astrônomo Edwin Hubble (1889-1953) participou de uma reunião da União Astronômica Internacional, realizada na Holanda. Lá, ele debateu com De Sitter teorias cosmológicas… – Hubble então, voltou ao ‘Observatório de Monte Wilson’ determinado     a testar a teoria De Sitter. Ele orientou seu assistente Milton Humason… observador meticuloso, a estudar esmaecidas nebulosas… que, presumia-se…seriam bem distantes.  Seria a frequência de suas luzes… diferentes das que se veem de nebulosas próximas?”  

Como frequência de luz mais lenta corresponde a comprimento de onda mais longo; ou seja, uma luz mais próxima da extremidade vermelha do espectro… o que Hubble, e seu ajudante buscavam era um ‘deslocamento para o vermelho’ de linhas espectrais – o que mais tarde veio a ser chamado de “redshift… Tal desvio, Humason explicou mais tarde, era… — “o que se poderia esperar da teoria do espaço-tempo curvo, de De Sitter“.

Humason determinou velocidades, e Hubble distâncias…Eles encontraram uma relação basicamente linear – quanto maior a velocidade de afastamento da nebulosa, maior sua distância medida. Seus dados, sumários…e a interpretação, em detalhes… contraditória.    Descobriu-se mais tarde, que as distâncias medidas por Hubble para as nebulosas eram apenas metade das distâncias reais…Não obstante seus gráficos discordarem com o que cientistas já sabiam sobre a idade do universo – a relação velocidade/distância era uma extrapolação ousada e brilhante.

Hubble enfatizou o aspecto ‘empírico/observacional’ de seu trabalho. Apenas, no último parágrafo de seu artigo de 1929, ele mencionou De Sitter…onde então, ele simplesmente observou que a relação velocidade/distância pode representar o efeito De Sitter… sendo assim, de interesse para a discussão cosmológica. – Seu objetivo principal era convencer os leitores mais céticos de que… a ‘relação velocidade-distância‘ – realmente existia.

Gráfico da relação velocidade/distância de Hubble (1929) para 46 nebulosas. Os pontos pretos e a linha cheia representam a resultado obtido a partir das 24 nebulosas para os quais as distâncias individuais foram determinadas, e utilizadas separadamente. Os círculos vazios e a linha tracejada representam a solução obtida pela combinação das nebulosas em grupos. A cruz representa a velocidade média de um conjunto de 22 nebulosas cujas distâncias não puderam ser estimadas individualmente.

Gráfico da relação velocidade/distância de Hubble (1929) para 46 nebulosas. Os pontos pretos e a linha cheia representam a resultado obtido a partir das 24 nebulosas para os quais as distâncias individuais foram determinadas, e utilizadas separadamente. Os círculos vazios e a linha tracejada representam a solução obtida pela combinação das nebulosas em grupos. A cruz representa a velocidade média de um conjunto de 22 nebulosas cujas distâncias não puderam ser estimadas individualmente.

Há mais no avanço da ciência do que novas observações e teorias. Em última análise, as pessoas devem ser persuadidas. Na ciência, como em um tribunal de justiça, defensores  de cada lado de uma questão apresentam a melhor das hipóteses possível – na tentativa    de alcançar a verdade. A imagem heroica da ciência primitiva pode prescindir do uso de habilidades retóricas. Persuasão, no entanto, é parte integrante da ciência real… Não há qualquer julgamento – até que os argumentos sejam definidos … de forma clara e firme.

Não obstante Hubble pregar uma “campanha científica” para implantar sua relação velocidade/distância…à parte dos resultados observacionais… – suas ‘incontestáveis observações’ de que a luz das nebulosas apresentavam desvio crescente ao vermelho, proporcional ao aumento das distâncias, fez eliminar o ‘modelo estático’ de Einstein.

Um Universo em Expansão?                                                                                                 “Ambas as soluções (para as equações de campo de Einstein…e De Sitter) devem ser rejeitadas, e como estas são as únicas soluções estáticas das equações, a verdadeira solução – naturalmente… deve ser uma solução dinâmica”. (Willem De Sitter, 1931)

O modelo estático alternativo de De Sitter, sem matéria, também foi descartado pelas novas observações. (De Sitter supôs que a densidade de matéria no universo deveria estar perto o suficiente de zero, de modo a que seu modelo pudesse funcionar.) Uma         nova estimativa em 1927 da massa da ‘Via Láctea’, o fez reexaminar esse pressuposto,         e rejeitá-lo…Não mais havendo a presunção de que o modelo alternativo de De Sitter    para um ‘universo vazio‘ adequasse à realidade…Einstein reconheceu que o “desvio     para o vermelho” havia derrubado sua antiga suposição, de um ‘universo estático’.

Mais tarde…durante uma reunião da Royal Astronomical Society, em Londres, no início dos anos 30, De Sitter admitiu que nem sua solução, nem a de Einstein para as equações de campo, poderiam representar o universo observado. – Logo em seguida, o astrônomo  Arthur Eddington levantou intrigante questão: ‘Por que haveria apenas estas 2 soluções?’ E, respondendo à sua própria pergunta…supôs que o problema era só, termos levado em conta soluções estáticas…E, de fato, alguns cientistas já tinham buscado outras soluções.

expanding-friedmann-lg

Alexander Friedmann in 1922 or 1923.

Em 1922…por exemplo… — o matemático russo Alexander Friedmann publicou um conjunto de possíveis soluções matemáticas às equações de Einstein, resultando em um universo dinâmico. Einstein…por sua vez — notou que este modelo, efetivamente oferecia uma solução matemática compatível para as suas…”equações de campo”.

Mais tarde, Friedmann seria saudado como grande representante da ciência soviética. Mas durante os anos 20…ninguém demonstrou qualquer interesse por seu trabalho… – que parecia mera curiosidade teórica abstrata… – A maior parte dos astrônomos mantinha a certeza de que o universo era ‘estático’.  Ao Friedmann republicar seu artigo em 1924…este foi visto como questão teórica da relatividade, sem qualquer interesse astronômico — sendo inclusive, omitido do “relatório oficial anual”… sobre o tema.

Mas, por sua vez, o astrofísico (e padre) belga Georges Lemaître, em 1927, também tinha publicado um modelo para um universo em expansão… E, não obstante sua contribuição para a ciência ser hoje celebrada…à época, seu estudo, pulicado nos Anais da “Sociedade Científica de Bruxelas“…passou inteiramente despercebido… Aqueles que leram o artigo (incluindo Eddington), prontamente o haviam esquecido…Somente anos mais tarde, em  um relatório da reunião de 1930 da “Real Sociedade Astronômica“… — foi que Lemaître escreveu a Eddington…seu ex-professor, para lembrá-lo do artigo de 1927. — Este então, reconhecendo o valor do trabalho de Lemaître…o compartilhou com De Sitter…que logo após, escreveu ao astrônomo Harlow Shapley, em Harvard/EUA, o seguinte comentário:

shapley“Encontrei a verdadeira solução, ou pelo menos uma solução possível, que deve estar em algum lugar bem perto da verdade… em um artigo de Lemaître que havia escapado à minha atenção no momento”… (De Sitter para Shapley, 1930)

Após Einstein aceitar que o trabalho de Lemaître:  se encaixa bem na teoria geral da relatividade”…  em 1931 De Sitter elogia publicamente o universo “em expansão” como uma brilhante descoberta’.  Foi quando… – nesse mesmo ano…que Lemaître propôs o universo, assim como as atuais…cinzas e…fumaça de brilhantes…”fogos de artifício“.    Agora, vemos essa “teoria dos fogos de artifício”,  como uma primeira versão da teoria ‘Big Bang.  Mas… – o que realmente significaria…essa nova estranha frase… – “universo em expansão“?

Na verdade, significava que a luz de uma ‘nebulosa distante’ estava deslocada para          o vermelho… não por algum efeito peculiar ‘De Sitter’…mas, porque as nebulosas se afastavam de nós (Isto, não por algo de especial, ou perigoso). Hoje em dia, sabe-se     que ‘nebulosas’ são galáxias, mais ou menos como a nossa…Como cada uma dessas galáxias se afasta de todas outras – com o próprio espaço se expandindo entre elas,     não existe qualquer ‘ponto especial’ entre estrelas onde a “grande expansão” tivesse começado… – Nós… e todas as outras galáxias estamos dentro desse espaço. Assim, quanto mais distantes 2 galáxias quaisquer estiverem afastadas…mais rápido irão          se distanciar…exatamente conforme a relação (velocidade-distância) de Hubble.

O reconhecimento da expansão                                                                                           Muitas vezes pensamos que, quando completamos nosso estudo do um,                          sabemos tudo sobre o dois… que é ‘um mais um’. Nos esquecemos que,                              todavia – ainda temos que compreender o ‘mais’.”  (Arthur Eddington)

diagramme-hubble

O ‘diagrama de Hubble‘ representa a velocidade de galáxias de acordo com a distância, ou seja, quanto mais uma galáxia está distante de nós, mais parece se afastar rapidamente. É a partir deste estudo que o conceito de expansão do universo aparece.  [NASA]

Os cosmólogos reconheceram, de imediato, que um universo em expansão significa que, no futuro longínquo…as galáxias se distribuirão … — bem mais distantes…umas das outras…  Assim como, há muito tempo atrás o universo deve ter sido muitíssimo mais denso. Será então – que o próprio tempo teve um começo?…As poucas medições de Hubble, todavia, foram suficientes — para que  se assumisse… radicalmente,  nova perspectiva da natureza, origem e destino do universo.

A expansão do universo é reconhecida hoje como uma das grandes descobertas científicas, e Hubble, geralmente recebe os créditos. O seu grande mérito foi estabelecer uma fórmula empírica (‘equação de Hubble’) que levasse a grande maioria dos cientistas, a acreditar no modelo de um universo em expansão… hoje validado por um sem número de observações.

Talvez os cientistas tenham logrado assumir este ponto de vista tão rapidamente, graças à tendência da teoria quântica, e da relatividade, para ‘revelações surpreendentes’. O pronto reconhecimento de que o universo está se expandindo…(por suas galáxias)…não foi menos revolucionário, ao final de um período verdadeiramente excepcional na história da ciência.

Cozinhando‘ os elementos                                                                                                     O trabalho de Hubble deve ser apreciado…pelos pressupostos que derrubou – e                pelos horizontes que abriu, como um marco da realização do intelecto humano’.

Na década de 1930…época da grande consolidação no desenvolvimento cosmológico, Georges Lemaître havia sugerido o surgimento do universo… — em uma espetacular explosão de um “ovo cósmico” primordial … criando um “universo em expansão”.       No início dos anos 1940…apesar da 2ª guerra brecar progressos significativos, novas tecnologias, que trariam grandes avanços científicos… foram também desenvolvidas.          O avanço da física nuclear por exemplo…fez transformar especulações cosmológicas,      em cálculos quantitativos. Esta linha de investigação…iniciada no final da década de      1940, foi seguida…a princípio… – principalmente pelos físicos… – e não astrônomos.

http://www.aip.org/history/cosmology/ideas/gamow.htm

Em 1946, o físico George Gamow (ao lado) considerou que a fase inicial de um universo em expansão seria uma sopa superdensa de partículas… — e…começou a calcular a quantidade de vários “elementos químicos”, que poderiam ser criados nestas condições… – Agora, graças aos estudos nucleares, os físicos podiam encontrar números plausíveis para a abundância de diversos elementos surgidos de uma ‘explosão cósmica‘. Gamow era seguido por Ralph Alpher, estudante de graduação da universidade onde lecionava, e por Robert Herman…funcionário do Laboratório de Física AplicadaJohns Hopkins’, local de suas pesquisas. Ambos,  filhos de emigrantes judeus russos… — nascidos nos EUA.

Gamow assumiu a expansão e resfriamento do universo, a partir de um estado inicial de densidade e temperatura quase infinita…Neste estado, toda a matéria seria formada por prótons, neutrons e elétrons – em um ‘oceano efervescente’ de radiação em alta energia. Gamow e Alpher denominaram esta mistura hipotética de ‘Ylem‘ (significado medieval para a palavra ‘matéria’). Alpher fez cálculos detalhados para processos nucleares neste “universo primordial“… – Nos cálculos ele utilizou alguns dos primeiros computadores ‘eletro-digitais‘, desenvolvidos durante a guerra – para calcular…entre outras coisas, as condições de explosão dentro de uma bomba nuclear…

Parecia que os elementos poderiam ser construídos como uma partícula, capturando neutrons, um a um… em uma espécie de ‘cozimento nuclear.

A contribuição desta teoria não foi equacionar uma solução final, mas sim – e não menos importante, resolver um grande problema…O quê determinou a abundância cósmica dos elementos?… – Poderiam as abundâncias observadas serem calculadas por ‘leis da física’, em uma fase inicial tão densa… e extremamente quente, de um universo em expansão?…

Gamow teve êxito em explicar a abundância relativa de hidrogênio e hélio… Seus cálculos, aproximadamente, concordavam com as observações das estrelas … o hélio representava cerca de 1/4 da massa do universo…e hidrogênioo responsável por quase todo o resto. No entanto, cálculos para os outros elementos não chegaram a uma resposta sensata para nenhum deles, além do hélio. Parecia que, juntar a este átomo mais neutrons, não geraria elementos estáveis… Ele então, afirmou com bom humor  que sua teoria já deveria ser considerada um “sucesso” … por dar conta de aproximadamente 99% da matéria cósmica.

Na verdade sua teoria não estava errada, apenas incompleta. Astrofísicos logo perceberam que… – Se elementos mais pesados não se formaram durante a origem quente do universo — eles poderiam ser formados mais tarde… no interior das estrelas. Com efeito, a teoria dependia de uma propriedade especial do carbono – que o astrônomo Fred Hoyle mediu, e encontrou, conforme previsto… – “A  cosmologia, enfim, entrava no laboratório”. Todavia, a teoria de uma explosão cósmica inicial… logo foi desafiada por uma nova velha hipótese… — a de que o universo poderia estar — afinal… em um “estado de equilíbrio“.

bigbang-gold-bondi

Tommy Gold (à esquerda), com Hermann Bondi (centro), e Fred Hoyle (à direita); década de 1960.

A ‘contra-revolução’                             “The ‘Big Bang’ is an irrational process that cannot be described… in scientific terms…”  (Fred Hoyle)

O triunfo de Hoyle em explicar…como poderiam, a maioria dos elementos, ser criados no interior das estrelas ficou de fora desta teoria – na qual… – todos os elementos eram criados no início. Este fato…foi, aliás – visto como favorável à teoria rival…criada pelo próprio Hoyle, que assumia assim um papel relevante, na criação e propagação da tese…e antítese cosmológica. Nesta nova teoria, o universo não precisava de um início, pois nunca teria havido um big bang” (apelido pejorativo… que o próprio Hoyle havia criado em 1950).

Há, inclusive, uma interessante história – não levada muito a sério por historiadores… de como se deu o início da ‘teoria do estado estacionário. A ideia teria surgido em 1947, segundo Hoyle, quando ele e os colegas Hermann Bondi e Tommy Gold foram ao cinema.  Os 3 se conheceram em pesquisas sobre radar compartilhas durante a II Guerra Mundial. Hoyle era versátil, intuitivo e indisciplinado…Bondi tinha uma mente matemática afiada,    e ordenada…já Gold, uma imaginação física ousada, aberta a novas perspectivas. O filme era uma história de fantasmas, que terminou assim como começou… O que teria deixado os cientistas pensando num ‘universo imutável’…mas ‘dinâmico. De acordo com Hoyle:

“Pessoas tendem a pensar em situações imutáveis, como necessariamente estáticas…O que, acentuadamente, o filme fantasmagórico fez para todos nós foi remover essa noção errada… É possível haver situações imutáveis que sejam dinâmicas… — como… — por exemplo… — a fluidez de um rio.”

Mas, como pareceria o universo sempre o mesmo, estando em uma expansão contínua? Não demorou muito tempo para se descobrir uma possível resposta — a matéria estava, continuamente…sendo criada. — Assim… novas estrelas e galáxias poderiam se formar, preenchendo o espaço deixado pelas mais antigas… – que se afastavam para bem longe.  

Para muitas mentes filosóficas, o universo do ‘estado estacionário‘… proposto por Hoyle, Bondi e Gold, tinha uma grande vantagem sobre o universo em expansão do big-bang…Qual seja, a densidade global deste universo se mantinha constante, pela criação contínua de matéria. No universo big-bang, com sua densidade mudando radicalmente, várias leis da física não poderiam ser aplicadas da mesma forma – em todos momentos.

Em 1948…a “teoria do estado estacionário também possuía uma outra vantagem (observacional) sobre a teoria big bang…A ‘taxa de expansão‘ então encontrada, ao ser calculada retroativamente até um ‘big bang‘ inicial, fornecia uma idade do universo de apenas alguns bilhões de anos bem abaixo da conhecida idade do sistema solar! E esse    foi, certamente, um problema constrangedor aos defensores da teoria ‘bigbancionista‘.

princípio-cosmológicoPor outro lado…por algum tempo manteve-se cautela em relação ao ‘princípio cosmológico’,  que afirmava serem as condições do universo,  a larga escala…independentes da localização do “observador” — (“princípio copernicano“).  Em outras palavras…qualquer teoria que nos colocasse…’seres humanos’…em algum lugar especial (como o ‘centro do universo‘, por exemplo), poderia ser, de pronto, descartada.

Assim… – levados às últimas consequências,    Bondi e Gold foram obrigados a assumir um     universo homogêneo … não apenas no espaço…mas, também no tempo, parecendo o mesmo, em qualquer lugar…e a qualquer momento. Eles insistiram que a teoria deveria ser deduzida… a partir do axioma de não estarmos em qualquer lugar especial…tanto no espaço, como no tempo. E, chamaram a essa hipótese de ‘Princípio Cosmológico Perfeito’.

Hoyle, foi menos enfático, na afirmação de que o ‘princípio cosmológico perfeito’…fosse um axioma básico. Ele preferia uma teoria deduzida da modificação que propôs para o universo relativista de Einstein, na qual acrescentava a criação da matéria. – Contudo, as duas diferentes teorias de “estado de equilíbrio” – tinham bastante em comum, para serem consideradas como uma única teoria – em relação à maior parte dos propósitos.

Big Bang x Estado Estacionário                                                                                            A cosmologia do big-bang afirma a noção do ‘”criador transcendente”, estando portanto… — em plena harmonia com o dogma cristão“. (Papa Pio XII, 1952)

A maior parte do desenvolvimento posterior da ‘teoria do estado estacionário‘   veio em resposta às críticas, cujos argumentos, a grande parte… foram de natureza filosófica, com pouco apelo prático. Nessa época, a discussão cosmológica adquiria aspectos religiosos e políticos. A ‘teoria do estado estacionário, negando qualquer        começoou fim dos tempos foi, para alguns…vagamente associada com o ateísmo.      Gamow até mesmo sugeriu – com outra dose de ironia, que a “teoria estacionária” estivesse anexada à linha ideológica do ‘partido comunista‘… — muito embora, os astrônomos soviéticos houvessem taxado ambas cosmologias… como ‘idealistas’ e ‘infundadas’. Astrônomos dos EUA, por sua vez, consideraram a “teoria do estado estacionário” interessante, mas assumiram uma abordagem pragmática… fazendo  homologar os ‘créditos do embate aos testes observacionais – sendo um destes, a          idade das galáxias.

steady-state-theoryEm um estado de equilíbrio, com contínua criação de matéria, haveria uma mistura de galáxias…recentes e antigas espalhadas no universo… Já num big bangas galáxias…com o tempo envelheceriam…Astrônomos, poderiam então olhar… para trás no tempo… buscando as mais distantes, para saber se…observar uma galáxia um bilhão de anos-luz distante seria o mesmo … que observar a luz que a tinha deixado há um bilhão de anos.

E – observações relatadas em 1948…confirmaram que galáxias mais distantes eram, na verdade, mais antigas. (Ponto para o big bang)

Bondi e Gold…então, cuidadosamente reviram os dados…e, em 1954, informaram que o efeito anunciado era espúrio (O teste de idades poderia, em tese ser capaz de distinguir entre as teorias rivais, mas não na prática) – (Ponto para o ‘estado estacionário’). 

Outro possível teste envolvia a ‘taxa de expansão do universo‘… – Em um ‘big bang’, a taxa de expansão diminuiria; já em um universo de estado estacionário, permaneceria constante… Os dados do Observatório de Monte Wilson pareciam favorecer ao big bang, mas, certamente não o suficiente para se constituir num teste crucial… E, enquanto isso,    foi descoberta solução para o embaraçoso cálculo, que colocava a idade do universo tipo “big-bang“, menor do que a idade do ‘sistema solar‘. – Walter Baade comprovou que as estimativas das distâncias de galáxias haviam misturado 2 tipos diferentes de estrelas… Daí…o tamanho do “universo observável” havia sido subestimado por um fator de 2.

Se, com efeito… as galáxias estivessem 2 vezes mais distantes do que se pensava, então os cálculos com a ‘taxa de expansão’ observada dariam    uma idade do universo 2 vezes maior que a calculada anteriormente, e portanto, bem maior que a idade do sistema solar…(desfazendo assim,  aquele argumento contrário ao Big Bang.)

Curiosamente…no entanto — o maior desafio à teoria do estado estacionário veio através de uma ciência recém-fundada, denominada Radioastronomia. Conhecimentos fundamentais, sobre técnicas de deteção dos fracos sinais de rádio avançaram bastante      na 2ª Guerra Mundial, e especialmente na Inglaterra, com pesquisas de radar. – Então, depois da guerra, os programas de pesquisa em Cambridge, Manchester…e Sydney, na Austrália…voltaram-se assim para a pesquisa científica… — dominando o horizonte da Radioastronomia por décadas, com a criação e desenvolvimento dos “radiotelescópios” com o objetivo fundamental de detetar sinais do espaço sideral nesta faixa do espectro.

Ryle, à direita, com seu colega Hewish, soldando parte da antena.

Ryle, à direita, com seu colega Hewish, soldando parte da antena.

O programa em Cambridge foi liderado por Martin Ryle, que… em 1974… receberia o “Nobel de Física”…por suas contribuições gerais à Radioastronomia… – Em 1951, Ryle acreditava que todas fontes de rádio se localizavam dentro de nossa galáxia… sem ter – portanto… interesse cosmológico. Porém, nos anos seguintes… se convenceu de que grande parte das fontes de rádio então detetadas tinham origem extragalática. — Suas observações assim, seriam usadas no teste de novos ‘modelos cosmológicos’.

Ryle argumentou que sua amostra de quase 2.000 fontes de rádio (…completada em 1955) contradizia a “teoria do estado estacionário” – tendo em vista que … fontes mais distantes… e, portanto… mais antigas… – pareciam estar distribuídas de uma forma diferente, das mais próximas.

Mas, de fato ele havia exagerado a importância de seus dados iniciais… – Somente após mais alguns anos de trabalho… – teriam as observações radioastronômicas argumentos conclusivos contra a ‘teoria estacionária‘. Daí, Hoyle queixar-se, amargamente…que Ryle não estava motivado pela ‘busca da verdade’, mas apenas pelo desejo de destruir a “teoria do estado estacionário”. E, com efeito, Ryle…assim como muitos astrônomos da época…não respeitavam ‘cosmólogos teóricos’. 

A microondas cósmica                                                                                                           “Mesmo que, efetivamente…nunca tenhamos sucesso nas medições em radiofrequência, com uma precisão suficiente para refutar qualquer teoria cosmológica, a ameaça pode desencorajar em muito, um senso de irresponsabilidade por parte dos cosmólogos, que sempre viveram a ‘sorte’ de poder postular teorias, que nunca teriam qualquer chance   de serem refutadas.” (Martin Ryle)

Um duro golpe contra a ‘teoria do estado estacionário foi desferido em 1965… com uma descoberta surpreendente. Em um artigo de 1948, Gamow argumentou que o universo big-bang – a princípio, teria sido dominado pela radiação – um mar revolto de energia. Com sua expansão, a energia majoritariamente, se converteria em matéria.

Alpher e Herman haviam previsto que um remanescente da radiação permaneceria uma ‘radiação cósmica de fundo‘ que permearia todo o espaço. À medida que o universo    se expandisse, essa radiação…a princípio muito mais quente do que se poderia imaginar, esfriaria a um nível de energia bem baixo. – Foi inclusive previsto que a temperatura do universo deveria estar hoje em torno dos 5 graus Kelvin – pouco acima do zero absoluto.

Havia muito pouca comunicação, naqueles tempos, entre físicos nucleares, astrônomos observacionais, e cosmólogos teóricos. Além disso, só o fato de Alpher e Herman terem trabalhado em pesquisa industrial, poderia influenciar na comunidade científica… – E, Gamow, Alpher e Herman estavam mais interessados em física do que cosmologia.

Todavia, mesmo que suas estimativas de “energia de radiação” fossem imprecisas, variando ao longo dos cálculos…no momento em que publicaram suas ideias, não        havia possibilidade de testá-las, pois a radiação de uma temperatura tão baixa…na        faixa de ‘microondas‘ (entre raios infravermelhos e ondas de rádio), seria de difícil deteção. E, ao final década de 40, ainda não existiam equipamentos que pudessem identificar “radiação em microondas” a uma temperatura muito abaixo dos 20 ºK.

Mas… enquanto as microondas eram consideradas ‘úteis às comunicações’      (e radar) — novas técnicas foram em breve incrementadas. Em 1963, Arno Penzias e Robert Wilson pesquisando   o ‘ruído de fundo‘ em ‘microondas’, perceberam esta radiação para todo o céu, sendo portanto, uma radiação de fundo cósmico. – Robert Dicke, físico da Universidade de Princeton…soube da notícia, e em 1965, apesar de nada saber sobre a previsão de Herman…e Alpher – a interpretou corretamente, como uma ‘radiação cósmica de fundo, de cerca de 3ºK, remanescente do ‘Big Bang’.

É que… mesmo antes de saber dessas observações…Dicke havia orientado seu ex-aluno, James Peebles, no cálculo da natureza dessa radiação. Mas, quanto à previsão de Alpher e Herman…só foi resgatada bem mais tarde.

A conclusão do debate                                                                                                                

Penzias e Wilson tinham diferentes sentimentos – a cerca da definição teórica de sua descoberta. Wilson, que havia estudado cosmologia com Hoyle, mais tarde confessou que…“Apreciava muito a ‘teoria estacionária’… – E filosoficamente, de alguma forma, ainda gosto. Arno e eu achávamos bom ter uma explicação, porém também poderiam existir outras.” À época poucos astrofísicos compartilhavam do bom-senso de Wilson. Ansiosos por ver enterrada a ‘teoria estacionária’, já amplamente desacreditada pelas pesquisas de radiofontes – sumariamente…as novas observações foram consideradas como o ‘golpe de misericórdia’ teórico… – Contudo, uma minoria fiel à teoria…ainda      não convencida da evidência do ‘big bang’… questionava se não teria a observação de Penzias e Wilson, algum outro tipo de explicação. Hoyle, por exemplo, argumentava:

“Apenas um certo número de medidas…em frequências variadas…poderia confirmar propriedades previstas da radiação remanescente do Big Bang”. 

Foi somente no início dos anos 1970, que técnicas avançadas o suficiente para fazer tais medições…trouxeram a confirmação definitiva. No entanto, para a maioria, a discussão entre big bang e estado estacionário já havia terminado…em 1965, com o primeiro  como indiscutível vencedor…Defensores do estado estacionário se contentavam a criar argumentos (‘ad hoc’) de pouca plausibilidade… – sendo cada vez mais marginalizados.

Lá pelo início dos anos 1970, a cosmologia se tornava, cada vez mais…uma ciência observacional, com suas controvérsias e debates demandando uma arbitragem empírica. No entanto, apesar da muito melhorada – e às vezes inteiramente remodelada instrumentalmente…as considerações filosóficas permaneceram no centro da cosmologia…tendo fundamental importância em seu desenvolvimento seguinte – a ‘teoria inflacionária’. (texto original) **********************************************************************

A TEORIA COSMOLÓGICA DO ESTADO QUASE ESTACIONÁRIO (Nov,2001)      Ao se aceitar a expansão do universo como um todo, as consequências são dramáticas. Uma simples extrapolação temporal da expansão do universo…para épocas passadas,    leva a um estado de densidade e temperatura tão altas… – que…a princípio – não tem limites; estabelecendo-se assim, um “início”…para a história cosmológica do universo.

F. Hoyle - frases

O astrofísico, e cosmólogo Fred Hoyle — falecido recentemente, no dia 20/08/2001, aos 86 anos de idade, contribuiu … de forma crucial à ciência contemporânea.  De seu vasto…’legado científico’, destacam-se aqui os “aspectos cosmológicos“, das teorias do “estado estacionário” e “quase estacionário“…Além de um breve relato a respeito das observações recentes de…”supernovas” – em grandes desvios para o vermelho; que confirmam uma das previsões de Hoyle…o universo hoje…em “expansão acelerada“. 

Introdução Cosmológica

Pode-se afirmar que a cosmologia moderna teve o seu início em 1917…quando Einstein, pela “relatividade geral” (TRG), propôs seu modelo de universo. – Na sua percepção do mundo físico…ele estabeleceu – em larga escala – um modelo homogêneo, isotrópico e estático. A ideia de expansão…tão popular hoje em dia, não era de forma alguma óbvia.

As soluções das equações da TRG que admitiam a expansão do universo foram obtidas pela primeira vez por Alexander Friedmann, e tornadas públicas em artigos científicos datados de 1922 e 1924. Estes trabalhos foram seguidos, de forma independente, pelas pesquisas do cosmólogo Georges Lemaître, publicadas em 1927 e 1931…e, que também resultaram em modelos de universo em expansão…Tais modelos, alcançaram projeção científica a partir da descoberta da relação proporcional, entre desvio para o vermelho,      e distâncias galáticas … investigada por vários astrônomos, mas estabelecida de forma segura e definitiva, em 1929, por Edwin Hubble.

Verificara-se observacionalmente, que a luz emitida pelas galáxias possuía comprimentos de onda… – cujos valores eram deslocados ao vermelho…no espectro de luz visível…e a relação mostrava uma proporcionalidade deste desvio em relação às distâncias galáticas; justamente como previsto pelas soluções de Friedmann e Lemaître para comprimento de onda e distância.

A invenção do conceito de um “universo em expansão” decorreu de 2 aspectos…dos resultados teóricos, e de observações astronômicas. Isto significa que a expansão do universo não é um fato empírico – ou seja…deduzido diretamente da observação da natureza… – como, por exemplo… – a existência “individualizada” das galáxias.

edwin-hubbleEdwin Hubble teve aqui também atuação decisiva. Foi ele quem mostrou, de forma brilhante e definitiva — que as chamadas ‘nebulosas espirais’, eram de fato objetos astronômicos — independentes de nosso sistema estelar…a galáxia da ‘Via Láctea’. Sua descoberta foi baseada… apenas nas relações empíricas… obtidas a partir das observações astronômicas. Ou seja, as galáxias não foram “inventadas”…mas, descobertas.

Muitos cientistas – contemporâneos destes desenvolvimentos científicos…não aceitaram estas ideias, reputando-as como simplórias e até mesmo repugnantes. Entre eles estão os astrônomos britânicos Arthur Eddington, e Fred Hoyle; sendo este último – personagem principal da história aqui contada. Fred Hoyle tentou inclusive ridicularizar o modelo de Friedmann-Lemaître apelidando-o de universo da “grande explosão” (big bang). O nome porém…passou a pertencer ao jargão científico – sem as características que o motivaram.

Várias tentativas foram feitas no sentido de se evitar a cientificamente desconfortável “singularidade” – eufemismo para “fase desconhecida”, predita no universo do “Big-bang”… Menciona-se aqui apenas 2 delas,      das quais a segunda… será o objeto de uma descrição mais detalhada.

1ª)…’modelo Eddington-Lemaître‘, foi proposto com o fim específico de se evitar a ‘singularidade’ inicial. Neste modelo a extrapolação temporal ao passado, termina num “estado inicial”, com características semelhantes ao universo estático de Einstein. – Em todas outras fases…é indistinguível do modelo com singularidade.

2ª)…de caráter mais amplo e revolucionário, foi proposta por Fred Hoyle, e colegas… Esta tentativa se ramifica em 2, separadas por quase 50 anos. A 1ª, denominada “cosmologia do estado estacionário” foi proposta por Hoyle… e pelos cientistas Hermann Bondi, e Thomas Gold em 1948. A segunda surgiu am 1993, após o fracasso da 1ª, e foi idealizada por Hoyle, por Geoffrey Burbidge…e pelo físico teórico indiano Jayant Narlikar… – tendo se chamado “cosmologia do estado quase estacionário“…A semelhança dos nomes reflete alguns pontos que elas têm em comum, como se verá em algum detalhe a seguir.

Creators of Steady State Theory
‘Steady-State-Theory’

Cosmologia do estado estacionário

Em 1948, Hoyle…e, independentemente, Bondi…e Gold… – propõem o modelo do “estado estacionário“. – O universo é homogêneo, isotrópico, e espacialmente infinito… além do que — ao contrário do universo da ‘grande explosão’…tem uma idade infinita…

O modelo expande-se como na ‘grande explosão’, mas a matéria é criada contínua, e  uniformemente, de forma a garantir a homogeneidade e isotropia. — A teoria porém,      não indica de que forma a matéria é criada… Esta violação da ‘lei da conservação‘ da matéria (lei implícita na TRG) foi contornada por Hoyle…num ‘artifício matemático’.    Ele propôs uma pequena modificação na TRG para permitir a criação de matéria… a    partir de um “reservatório” de energia negativa… À medida que a matéria é criada, a conservação da energia resulta num reservatório de energia, cada vez mais negativo.

A expansão do universo no entanto, mantém a densidade de                      energia do reservatório, e a densidade média da matéria no                             universo, constantes. – Daí o termo “estacionário” na teoria.

A ideia de ‘criação contínua de matéria’ foi fortemente questionada durante as décadas de 50 e 60…anos seguintes à sua proposta. Verifica-se porém, que após os desenvolvimentos das “teorias inflacionárias”…a partir de meados de 1980… torna-se, de certa forma, muito mais respeitável. – Na época de sua criação, era uma teoria bastante atrativa, por atribuir uma idade infinita ao universo. Isto era uma grande vantagem, em relação à teoria do Big Bang, pela qual se calculava uma idade do universo…cerca de 10 vezes menor que a idade geológica da Terra!

Esta inconsistência básica foi o principal sustentáculo… durante muitos anos, do modelo do estado estacionário. A situação entretanto mudou na década de 60. – A descoberta da “radiação cósmica de fundo” em 1965…por Arno Penzias e Robert Wilson – a revisão da estimativa da idade do universo, à luz de novos dados observacionais – a descoberta dos ‘quasares’… que, de certa forma, implicava num quadro consistente de evolução galática;    e ainda outros desenvolvimentos teóricos … experimentais e observacionais… – levaram paulatinamente a um descrédito na teoria do estado estacionário, e o modelo “Big Bang”  ocupou de vez o ‘cenário cosmológico’.

O ‘despertar‘ do Big-Bang

Os modelos de Friedmann-Lemaître (“bigbancionistas“),  tornaram-se em definitivo a base do modelo cosmológico padrão — que passou a ser conhecido popularmente pelo termo ‘Big Bang’. Mas, o ‘modelo padrão’ logo revelou-se um ‘celeiro de problemas’. — O 1º deles, é a discordância entre os valores… predito e observado… da densidade de matéria no universo.

O valor predito decorre do ajuste da teoria, na fase inicial da expansão, com base no cálculo de abundância química dos 1ºs elementos atômicos (“nucleossíntese primordial”).  Estes elementos, deutério, hélio e lítio, foram sintetizados na fase quente e densa do ‘BB’, e serviram de matéria prima para a formação dos demais elementos, no interior das estrelas.

O valor observado da densidade de matéria é obtido a partir da contagem de objetos luminosos (estrelas, galáxias, etc.) no universo…A discrepância entre os valores… – predito, e observado… é da ordem de um fator de 100.

O 2º problema reside na radiação cósmica de fundo. Esta radiação, de acordo com a teoria…é a manifestação atual da “grande explosão”… As observações mostram que ela é exageradamente uniforme em intensidade. As flutuações de densidades observadas hoje na distribuição de galáxias, não se conciliam com a homogeneidade da radiação cósmica de fundo, a menos que ajustes artificiais e hipóteses ad hoc sejam introduzidos na teoria.

O 3º problema é a “singularidade inicial“… – A expansão iniciou-se no inexplicável ponto onde todas leis da física… como assim a conhecemos, não se aplicam. – As raras tentativas de abordagem desta “singularidade”… – como, por exemplo… – as ‘teorias inflacionárias‘ … são difíceis de serem testadas, observacional e experimentalmente.

estado estacionario

Cosmologia do estado quase estacionário

Os problemas delineados acima, e muitos outros mais… levaram Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge e Jayant Narlikar…em 1993… – a propor um novo “modelo cosmológico” — semelhante à teoria do estado estacionário… mas, com certas correções. A nova teoria foi denominada: “cosmologia do estado quase estacionário” (‘CEQE‘).  Como na velha teoria…a CEQE prevê a criação contínua de matéria no universo – ao invés da criação de toda matéria do universo num único evento, como no ‘Big Bang’. Em termos matemáticos, o estabelecimento de ‘oscilações cósmicas’ em torno da solução estacionária das equações cosmológicas…provoca inúmeros eventos de criação de matéria. Dai o nome “quase estacionária” para a teoria.

O universo atual está numa época de expansão…que será seguida                  de uma contração, e assim sucessivamente. O ‘período oscilatório’                  é da ordem de 20…a 30 bilhões de anos.

pursuit_mosaic_national_gallery

Mosaico (Boris Anrep) descrevendo Hoyle como um alpinista subindo às estrelas, com um livro sob os braços.

A ‘CEQE’ oferece cenários alternativos aos do ‘modelo padrão’ para a síntese primordial dos elementos leves, onde todos os elementos são formados no interior das estrelas; para homogeneidade, e isotropia da radiação cósmica de fundo, produto da termalização da energia liberada na criação dos elementos leves; e também… à formação da distribuição galática no universo — onde, estas se originam de galáxias pré-existentes… E assim, mantém acesa a chama da procura científica… por um modelo consistente…para o universo – como um todo; sendo Fred Hoyle um destacado representante…entre aqueles que trabalharam – ‘com afinco’ – nesta busca.

A teoria matemática subjacente à CEQE é uma pequena modificação da TRG, constituída pela introdução de um “campo escalar” adicional.

Para uma discussão introdutória há excelente material no capítulo 18 do livro “Cosmology, the science of the universe”…do astrônomo Edward Harrison; e uma introdução completa às teorias cosmológicas propostas por Hoyle, pode-se encontrar em “A different approach to cosmology”, de Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge e Jayant Narlikar – ambos editados pela Cambridge University Press, 2000.

‘Energia escura’… (o desafio final)                                                                                            Resultados observacionais recentes têm se mostrado consistentes com a CEQE.

É oportuno terminar este relato sobre “teorias de estado estacionário”, apresentando um dos mais recentes, e importantes acontecimentos em cosmologia observacional. Trata-se dassupernovasdo tipo Ia em galáxias com desvio para o vermelho próximos de 1…que    a partir de observações do “Telescópio Espacial Hubble” — mostrou-se serem excelentes indicadores de distâncias.

Supernovas do tipo I são objetos deficientes em hidrogênio. – Existem supernovas do tipo Ia, Ib (e, segundo alguns pesquisadores do tipo Ic)…As diferenças entre os vários subtipos são resultantes, entre outros aspectos, de diferenças nas estrelas progenitoras dos eventos e nas características da radiação emitida pelas supernovas. – As supernovas do tipo Ia são intrinsecamente mais brilhantes…e resultem da explosão de “anãs brancas“, em sistemas binários. – Já supernovas do tipo II são ricas em hidrogênio, originando-se de estrelas de grande massa. Se caracterizam pelo colapso do “caroço estelar”, por um rebote energético induzido por neutrinos, e… eventualmente, pela presença de jatos.

diagrama Hubble

O principal objetivo das observações com supernovas do tipo Ia…é estabelecer uma extensão do ‘diagrama de Hubble‘ … pela relação entre “desvio para o vermelho” e distância galática…no caso, para grandes ‘redshifts’ (valores em torno de 1)… a fim de determinar ‘parâmetros cosmológicos’ fundamentais…nesse caso, parâmetro de desaceleração… – crucial em modelos de ‘universo em expansão, tais como os    de “Friedmann-Lemaître”… e a “CEQE”.

Dois grupos de pesquisa…o Supernova Cosmology Project, liderado por Saul Perlmutter, e o High-z Supernova Team, liderado por Brian Schmidt, usaram amostras de supernovas Ia diferentes, bem como técnicas de análise também diversas, chegando à mesma conclusão:  O universo está atualmente em expansão acelerada!… (Os valores típicos são qo<1/2, para universos abertos; qo=1/2…universo plano (Euclidiano) … e qo> 1/2…universos fechados. E, em termos de qo…os 2 grupos afirmam que as observações indicam valores negativos!)

Em outras palavras, o parâmetro de desaceleração… usualmente representado por qo, destes modelos é sempre positivo. O resultado é surpreendente, do ponto de vista dos modelos derivados do paradigma de Friedmann-Lemaître… – que preveem universos desacelerados… – Vem dai… talvez…a preferência pela definição de um parâmetro de desaceleração… não aceleração; trabalhando-se naqueles modelos com ‘nºs positivos’.

O modelo padrão pode ser reconciliado com a expansão acelerada desde que haja uma componente energética no universo responsável pela aceleração. Historicamente, uma candidata sempre à disposição dos interessados é a velha “constante cosmológica. Introduzida nas equações cosmológicas da TRG em 1917… para manter seu modelo de “universo estático” – Einstein…com este termo de “pressão negativa“…supostamente presente no universo… – queria contrabalançar os “efeitos atrativos” da gravidade.

Após o surgimento das evidências observacionais, em especial a partir dos trabalhos de Edwin Hubble em favor de “modelos expansivos” de universo, Einstein, rapidamente…abdicou da ideia… de tal “constante cosmológica”.

energiaescura-grafico

A consideração de uma…”constante cosmológica”, com efeito, leva a um sério problema de autoconsistência teórica…Com o advento das teorias quânticas de campo…são impostas a seus valores presumíveis… certas restrições… tão bem definidas, que de forma quase definitiva, excluem a “constante cosmológica” – como solução para a questão da “expansão acelerada”… — Para se ter uma ideia da gravidade do problema… – basta mencionar que o valor preconizado pelas “teorias quânticas de campo” para a ‘constante cosmológica’… levam a um universo cuja idade seria da ordem de 10e-10 segundos; e cujo horizonte de eventos estaria a 3 cm do observador!

Com a finalidade de se preservar o “modelo padrão”, recorre-se então a uma ‘alternativa energética’ que forneça a… “pressão negativa” — necessária à manutenção da ‘expansão acelerada’, sem sofrer das restrições impostas à constante cosmológica. Tal componente energética recebeu o nome de ‘energia escura‘…ou melhor… – ‘energia desconhecida’.

Desconhecida…mas não desqualificada. – Para Michael Turnerque cunhou a expressão, a ‘energia escura’ tem as seguintes propriedades: não emite luz (radiação eletromagnética de modo geral), exerce grande pressão negativa (comparável em módulo, à sua densidade de energia), e…é aproximadamente ‘homogênea’ (desacoplada da matéria em escalas pelo menos tão grandes quanto “aglomerados de galáxias”). Estas propriedades, tão diferentes qualitativamente da ‘matéria escura‘ – comprovam que…”energia“…é o termo correto para qualificá-la. 

De acordo com o modelo padrão, e confirmados os resultados das supernovas, teríamos um universo constituído, aproximadamente…de 2/3 da suposta energia escura…1/3 (da suposta) matéria escura (bariônica e não bariônica)… e 1/200 de matéria luminosa!… É importante ressaltar que nesta contabilidade, está implícita a aceitação do paradigma inflacionário…o qual prevê que a soma das 3 componentes seja, exatamente igual a 1.

Segundo Turner…“o maior desafio da cosmologia moderna é entender o real significado desta energia escura”… Deve-se acrescentar, que tal entendimento é vital para a própria sobrevivência do “modelo padrão”… – E, o que preconiza a “Cosmologia Estacionária” a respeito da expansão do universo?… Desde o início, bem antes dos projetos supernovas; desde a época de Hoyle, Bondi e Gold… – e, apesar da quase unanimidade dos modelos desacelerados de Friedmann-Lemaître…justamente…uma expansão acelerada!…(texto)  ***************************(texto complementar)**********************************

“BINGO”…ondas acústicas de Hidrogênio no Universo Primitivo‘ (FEV/2017)

telescopio-bingo

O radiotelescópio será montado na cavidade abandonada de uma mina de ouro. [fing.edu.uy]

Deve começar neste ano… – no Uruguai…a construção de um “radiotelescópio”, com o qual se planeja identificar certa frequência da radiação eletromagnética, emitida pelo hidrogênio… há bilhões de anos. Com esse novo equipamento – espera-se obter mais informações sobre distribuição galática, e demais fenômenos… — ocorridos 370 mil anos após o “Big Bang”…com a separação entre matéria e radiação eletromagnética.

Durante essa época…as partículas atômicas formavam um plasma, com temperatura de cerca de 3 mil graus Celsius… — como assim explicou o físico Élcio Abdalla … professor do ‘Instituto de Física da Universidade de São Paulo’ (IF-USP)… – e, coordenador do projeto: 

“No plasma primordial havia ondas formadas…da interação entre matéria e radiação eletromagnética. Após a separação… ondas que se propagavam no espaço…congelaram – gerando correlações na distribuição de matéria”.

O radiotelescópio ganhou o nome de “Bingo”…sigla de Baryon Acoustic Oscillations in Neutral Gas Observations (neste caso – hidrogênio)… – que são as ondas geradas pela interação dos átomos (ou ‘matéria bariônica’) com a radiação. O objetivo é medir uma radiação típica do hidrogênioelemento mais comum do Universo, em uma linha de emissão eletromagnética, com comprimento de onda de 21 centímetros – equivalente,    em frequência, a 1,421 gigahertz (GHz)… que chega à Terra com frequências entre 0,9        e 1,2 GHz… – devido à distância percorrida … desde quando essa radiação foi emitida.

“Do ponto de vista científico, esse é um projeto de ponta, que investigará um dos maiores mistérios da natureza (energia escura) responsável por 95% da constituição do Universo”, concluiu Abdalla.

Para Steve Torchinsky – físico do Observatório de Paris, e membro do comitê supervisor do projeto…“Dizemos que o Universo está em expansão acelerada, mas não sabemos por quê. Chamamos esse mistério de ‘energia escura’ por não conhecemos sua natureza nem funcionamento. – É possível que o Bingo ajude a desvendar esse mistério, trazendo uma enorme contribuição à nossa compreensão do Universo – a um custo bastante acessível”.

As informações obtidas com o radiotelescópio devem também ajudar no teste da hipótese do grupo da USP de que a “energia escura” (energia responsável pela acelerada expansão do Universo) poderia interagir com a “matéria escura”… – explicando assim… a formação e distribuição de massas no universo. ### (texto 1) ### (texto 2) ### (texto p/ consulta)

Anúncios

Sobre Cesarious

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

2 respostas para BIG, BANG! & BOOM…

  1. JMFC disse:

    Uma interessante resenha histórica da evolução do conhecimento cosmológico no século XX.

    Curtido por 1 pessoa

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

w

Conectando a %s