Segundo Uma Dupla de Astrofísicos das Universidades de Cambridge e de Harvard, Ondas Gravitacionais Explicariam a Origem do Universo e a Gravidade Quântica
Olá leitores e leitoras do BS!
Segue agora uma interessante notícia publicada ontem (08/11)
no site “Canaltech”, destacando que segundo
uma dupla de astrofísicos das Universidades de Cambridge (Reino Unido) e de
Harvard (EUA), ‘Ondas Gravitacionais’ explicariam a origem do ‘Universo’ e a ‘Gravidade Quântica’.
Saiba mais pela matéria abaixo.
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Ondas Gravitacionais Explicariam a Origem do Universo
e a Gravidade Quântica
Por Daniele Cavalcante
Editado por Patrícia Gnipper
08 de Novembro de 2022 às 12h10
Fonte: Astrophysical Journal Letters, University of Cambridge, Ijjas|Steinhardt|Loeb, Scientific American
Via: Web Site Canaltech - https://canaltech.com.br
Fonte: Physics Letters B
Uma dupla de astrofísicos da Universidade de Cambridge e
Universidade de Harvard afirmaram que existe um jeito inequívoco de eliminar os
modelos cosmológicos baseados na inflação
cósmica. De acordo com o estudo dos autores, basta detectar algo chamado
“fundo cósmico de gráviton”.
A inflação Cósmica
(Imagem: Reprodução/NASA)
Uma representação do espaço-tempo do Big Bang (o início é à esquerda), e a evolução do nosso universo. Note a inflação cósmica logo no início de tudo. |
A teoria inflacionária foi proposta na década de 1980
como uma solução para problemas na teoria do Big Bang quente. Logo em seguida,
vários modelos inflacionários surgiram para desenvolver a ideia e abordá-la sob
outros pontos de vista.
Um dos principais problemas do Big Bang clássico era o
Problema do Horizonte — a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (ou CMB, a
luz mais antiga que podemos ver) é exatamente a mesma em qualquer canto do
universo ao observá-lo em grande escala.
Embora existam pequenas irregularidades, ou “manchas”, a
CMB parece bastante isotrópico, isto é, com grande grau de homogeneidade. Uma
vez que a CMB foi “descolada” da matéria que existia na época, ela pode ser
considerada um mapa da topologia do universo naquela época, 380 mil anos após o
Big Bang.
Tal isotropia não pode ser explicada pelo modelo até
então aceito do Big Bang, pois a homogeneidade é encontrada até mesmo em
diferentes regiões que, de acordo com o Big Bang, nunca poderiam ter interagido
entre si, em nenhum momento da história do cosmos.
Em um universo sem a inflação, a expansão após o Big Bang
seria lenta e o universo se tornaria cada vez mais curvo e deformado com o
tempo, devido aos efeitos da gravidade no espaço e na matéria. Porém, as
observações mostram que o nosso cosmos é uniforme e plano. A inflação cósmica
resolveu esse problema, colocando o Big Bang de acordo com essas observações.
O Período Inflacionário e o Big Bang
(Imagem:
Reprodução/E. Siegel/Beyond the Galaxy)
A imagem inferior mostra como o universo se expande em todas as dimensões do seu tamanho anterior, resultando em um aumento exponencial. |
A inflação teria sido um período antes do Big Bang
(alguns modelos localizam-na logo após o Big Bang) em que o espaço se expandiu
exponencialmente a uma velocidade estupenda, antes que a matéria pudesse se
formar. É como se uma forma de bolo estivesse sendo criada para a massa de bolo
viesse em seguida.
Então, veio o Big
Bang, dando origem a um universo denso, quente e uniforme, evoluindo logo para
um estado mais frio, mais difuso e “granuloso”, ou com “falhas”, onde a matéria
acabou por se aglomerar pela força da gravidade. Essas falhas são observadas no
padrão da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (mas não implicam em uma
violação da isotropia).
Inflação Cósmica em Debate
Hoje, o modelo
inflacionário é o mais aceito pela comunidade científica, mas ainda há muitos
questionamentos — até porque não é uma teoria escrita em pedra, apesar de ser
sustentada por algumas evidências. É neste campo que o debate fica um pouco
acalorado.
Entre os “adversários”
da inflação estão alguns gigantes da ciência, como o vencedor
do Prêmio Nobel de Física em 2020 Roger Penrose. “Sempre considerei a
inflação uma teoria muito artificial”, afirmou após receber a premiação. Para
ele, a teoria não morreu ao nascer por ser a única que explicou o Problema do
Horizonte.
(Imagem:
Reprodução/NASA/ WMAP Science Team)
Mapa recente da radiação cósmica de fundo mostra diferenças na temperatura, mas elas são muito pequenas. |
Paul Steinhardt, um dos primeiros a desenvolver a teoria
inflacionária, também parece cansado com aquilo que ele chama de falta de
testabilidade e de previsões da teoria. "A teoria é completamente
inconclusiva", disse ele anteriormente.
Em 2017, três autores — Anna Ijjas, Paul J. Steinhardt e
Abraham “Avi” Loeb, que se consideram “pensadores livres — publicaram um artigo
que também argumentava contra a ideia da inflação cósmica. Eles defenderam que
o universo começou não com um “Bang”, mas com um tipo de “salto” de um cosmos
anteriormente em contração.
No artigo, eles afirmam:
“Um salto pode
alcançar o mesmo fim que um Bang + Inflação porque, antes do salto, um período
de contração lenta que se estende por bilhões de anos pode suavizar e achatar o
universo”.
Mas o que é este
salto? Trata-se de um evento hipotético que poderia ser descrito como um Big
Bang reverso. Em algumas de suas versões, o universo é cíclico: ele se contrai
até se tornar extremamente compacto (em uma singularidade) e, em seguida, se
expande como no Big Bang. Depois se contrai, e assim por diante.
Os três autores
também fizeram afirmações ousadas, como “[a inflação] não pode ser avaliada
usando o método científico”. Após a publicação desse artigo, um grupo de 33
físicos — incluindo Stephen Hawking
— assinaram uma carta em defesa da inflação cósmica, questionando as afirmações
do trio de pensadores livres.
O "Contra-Ataque"
(Imagem:
Reprodução/Physics Letters B)
Nessa ilustração, a ideia da inflação cósmica,
representada pelo balão (metáfora usada para representar a imagem de algo
expandindo), é "estourada" com uma simples agulha. |
Agora, Avi Loeb volta ao tema, dessa vez ao lado de Sunny
Vagnozzi, da Universidade de Cambridge, para dizer como a inflação cósmica
poderia ser descartada por uma observação inédita: encontrar um fundo cósmico,
não de micro-ondas, mas de grávitons.
A hipotética partícula chamada gráviton é uma tentativa
de estabelecer uma teoria da gravidade quântica, mas ela ainda não foi
observada. Mas é uma das grandes esperanças dos físicos nos esforços de
unificar a gravidade e a mecânica quântica.
Entretanto, os atores afirmam que um fundo de gráviton
(radiação de gravitons desacoplados logo após o Big Bang, que, assim como a
CMB, poderia ser observada em todas as direções) eliminaria a ideia da inflação
cósmica.
“Argumentamos que uma detecção do fundo de
graviton cósmico (CGB) [...] descartaria o paradigma inflacionário, pois
modelos inflacionários realistas diluiriam o CGB a um nível não observável.”
Para isso, eles propuseram a detecção de um fundo de
ondas gravitacionais (ondulações no espaço tempo) de alta frequência, com pico
em frequências em torno de 100 GHz. Isso faz sentido, considerando que não
seria necessário confirmar a existência de grávitons em um laboratório, por
exemplo.
Os detectores atuais podem capturar apenas ondas gravitacionais
produzidas por eventos como colisões entre buracos negros ou estrelas de
nêutrons. Para detectar um fundo cósmico de ondas gravitacionais, seria
necessário um grande avanço tecnológico.
Apesar desse desafio, a dupla de pesquisadores está otimista
que esse sinal de CGB pode estar ao nosso alcance no futuro. O artigo descreve
algumas possibilidades calculadas pelos autores de encontrar pistas com a
combinação de dados de vários telescópios de próxima geração.
Contrapontos à Hipótese do “Salto”
Inflação cósmica
é consenso na comunidade científica, e há boas razões para isso. Ela resolve os
problemas do Big Bang e, à medida que surgem novas observações contrárias à
inflação, novos modelos inflacionários fazem ajustes para tudo funcionar
novamente conforme as exigências do método científico.
Isso não
significa que ela seja inquestionável — pelo contrário, os astrônomos gostam de
investigar todas as contradições que encontram, já que essa é a própria
natureza da ciência. Como a inflação cósmica não é uma teoria única, e sem uma
classe de modelos baseada nos mesmos princípios, eles negam que haja
necessidade de substituí-la, ao menos por enquanto.
Além disso, Avi
Loeb e seus colegas se agarram à afirmação de que a ideia inflacionária não
faça previsões que não possam ser observadas. Os assinantes da carta em defesa
à inflação também rejeitam essa declaração, mas o embate segue com o novo
artigo de Loeb e Vagnozzi.
Há muitas questões a serem respondidas na ideia do
“salto”. Uma delas diz respeito à singularidade, o ponto minúsculo de toda a
matéria do universo colapsada, que seria o estado inicial antes do Big Bang.
Essa proposta já foi um paradigma, mas a singularidade “quebra” a Teoria da
Relatividade Geral de Albert Einstein.
Para aplicar a singularidade aos modelos atuais do Big
Bang, seria preciso unificar a relatividade geral com a mecânica quântica. Esse
é um dos maiores desafios da física atual e um dos caminhos possíveis é uma teoria
da gravidade quântica comprovada, algo que ainda não existe — apesar de fortes
candidatos como a Teoria das Cordas e partículas como o gráviton.
Por fim, a hipótese do universo em saltos ainda não
consegue responder perguntas básicas, como: o que veio primeiro? A ideia do
universo expandindo e contraindo em um novo Big Bang ainda precisa encarar o
desafio de explicar como teria sido o começo desse ciclo.
Além disso, antagonistas do universo em salto argumentam
que, se o universo fosse o resultado de outro universo que contraiu de volta em
uma singularidade, a topologia do universo anterior deveria aparecer na
radiação cósmica de fundo.
O novo artigo de Loeb e Vagnozzi foi publicado na The
Astrophysical Journal Letters.
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