Antes do Big Bang. Como era o universo que antecedeu a inflação primordial

Por: Equipe Oásis

Quando exploramos as zonas-limites da matéria – aquelas áreas que contêm ao mesmo tempo o tudo e o nada – o que não faltam são as perguntas e respostas que desafiam a nossa lógica. Quando chegamos aos dois fins-do-mundo, o do microcosmo e o do macrocosmo, tudo parece ser contraditório, incerto e paradoxal. Tudo parece pertencer mais ao mundo dos esoterismos, da alquimia, da astrologia e da cabala, e menos ao círculo cada vez mais estreito das ciências exatas cartesianas. Um exemplo: aquelas “entidades” que existem nos confins da física e que se comportam ao mesmo tempo como onda e como partícula.

 

 

A mesma “falta de lógica” emerge quando tentamos mergulhar nos mistérios das origens usando apenas as ferramentas da nossa mente racional. Muito bem: houve mesmo um Big Bang, uma explosão que no instante seguinte desencadeou uma “inflação primordial”, um processo de expansão de tudo aquilo que existe e que até hoje continua em andamento. Mas, se houve uma explosão, o que foi que explodiu? Podemos descobrir o que existia antes do Big Bang?

Como formular uma hipótese se nem sequer sabemos o que foi exatamente o Big Bang… Mas será assim mesmo? Parece que existe um modo de lançar um raio de luz para além do início do universo. Alguns cientistas, com efeito, elaboraram um método para tentar dar forma àquele período no qual o universo, recém-nascido e com uma idade de apenas uma fração de bilionésimo de segundo, teria sido submetido à inflação (a teoria hoje mais aceita) ou seja aquela rápida expansão exponencial que se verificou logo após o Big Bang. Se esses estudos levassem a um cenário alternativo ao da inflação, poderíamos talvez obter importantes indícios a respeito do que existia antes. O trabalho, publicado na Physical Review Letters, aparece também em um breve artigo na revista Physics.

 

Ilustração conceitual que acompanha o Projeto SPHEREx (Nasa), do qual são esperadas informações úteis para remontar às origens do universo.

 

A ideia da inflação primordial é hoje compartilhada por boa parte da comunidade científica porque ela consegue explicar algumas características e propriedades do universo atual. Ela não é, no entanto, o único modelo: existem vários outros que também parecem explicar aquilo que aconteceu no início do tempo e do espaço. São modelos definidos “secundários”, mas que não podem ser ignorados.

 

Ilustração: o Big Bang, a inflação e a expansão do universo. O termo inflação refere-se àquilo que teria acontecido numa quantidade pequeníssima de tempo: a inflação teria ocorrido 10^-35 segundos depois do Big Bang (1 precedido de 34 zeros depois da vírgula: um “número”dificilmente imaginável; uma ideia poderia ser dada no confronto entre a massa de uma única formiga e a de 200 bilhões de bilhões de bilhões de elefantes…); teria durado 10^-30 segundos e teria produzido a imediata expansão do universo de 10^30 vezes (um bilhão de bilhão de bilhão de vezes)! Ilustração de Alex Mittelmann, Coldcreation.

 

Ilustração: esta poderia ser a representação conceitual de um universo cíclico (Big Bounce).

Inflação ou Big Bounce? 

Em pelo menos um modelo alternativo à inflação cósmica, o universo que precedia o Big Bang estava se contraindo (o nosso universo, ao contrário, está se expandindo). Se assim fosse, o Big Bang se torna um momento da evolução daquilo que os cosmologistas chamam de Big Bounce (Grande Rebote ou Grande Salto) (*): A hipótese foi lançada pelo físico Martin Bojowald em 2007, e sustenta a ideia de que o universo atual seja o resultado de uma expansão acontecida após a contração do universo precedente.

A questão, aqui, não é de qual hipótese “tenha razão”, mas sim de qual modelo nos permite interpretar mais corretamente o universo. Esta é a chave-mestra para compreender tanto o debate científico em curso, quanto outros estudos, decididamente ainda mais complexos, como aquele desenvolvido pelos pesquisadores Xingang Chen, Abraham Loeb e Zhong-Zhi Xianyu ( da Harvard University).

Esses três cientistas buscam portanto indícios que permitirão à balança pender a favor de uma ou da outra hipótese, inflação cósmica ou Big Bounce, com um método que deveria permitir verificar se realmente existiu uma inflação cósmica.

 

Com o Big Bang formaram-se sobretudo hidrogênio e hélio, e pequenas partes de lítio.

 

O trabalho inicia com a análise da evolução das dimensões físicas do universo primordial. “A hipótese da inflação”, explica Zhong-Zhi Xianyu, “quer que o volume do universo tenha crescido exponencialmente e de maneira extremamente rápida: para alguns modelos alternativos, ao contrário, as dimensões do universo diminuíram. Entre as tantas dificuldades para aqueles que se dedicam a estudar essa fase do universo, a principal é talvez a de estimar as dimensões do universo primordial: o nosso trabalho consiste em procurar compreender quais são os elementos que podem nos dar uma ideia dessa propriedade física”.

 

Ilustração: a nebulosa planetária NGC 7027 e, em primeiro plano, o hidreto de hélio, hoje considerada a molécula primordial do universo.

 

O universo primordial não era uniforme: nele existiam irregularidades de densidade em pequena escala que depois, com o tempo, nos locais onde elas eram mais marcantes, tornaram-se aqueles espaços a partir dos quais tomaram forma as grandes estruturas do cosmos, como as galáxias. Essas irregularidades constituem a informação principal sobre as quais se baseiam os cosmologistas que querem indagar a respeito do que existia antes do Big Bang.

O universo inverso, antes do Big Bang

O Big Bang deveria ter produzido quantidades iguais de matéria e de anti-matéria. Mas onde foi parar a antimatéria? Existem cientistas que dizem que ela foi (quase toda) aniquilada com (quase toda) matéria, deixando como herança este universo. Segundo uma outra (bizarra) ideia, quase toda a anti-matéria teria ido parar num “universo espelho”, no qual o tempo e tudo o mais vão ao contrário, mais ou menos assim: !uecetnoca áj odut osrevinu etsen.

Os pesquisadores lançaram ainda a hipótese da existência de um “modelo oscilatório da distribuição da matéria no cosmos” que, se comprovado, poderia orientar a ciência entre inflação e cenários alternativos. Teoricamente, trata-se de verificar como varia a densidade da matéria em escalas cada vez maiores: se o sinal das variações de densidade existisse, deveria se manifestar como variações de densidade em todo o universo, ou seja também no número de galáxias e na quantidade de matéria e energia.

 

O que produziu o Big Bang? Talvez um universo que estava se fechando sobre si mesmo (Big Bounce) ou alguma coisa de completamente diverso?

 

Xingang Chen considera que as informações sobre a amplitude das variações de densidade da matéria no universo atual, oportunamente elaboradas, poderiam revelar se o universo estava se expandindo ou se contraindo quando tomaram forma as variações de densidade primordial. Isso poderia dar razão, ou não, à hipótese da inflação. Para recolher os dados, a equipe confia em projetos de cosmologia e física fundamental, como o do Large Synoptic Survey Telescope (LSST), o do Euclid e o do SPHEREx, dos quais são esperados dados em quantidade e qualidade suficientes para que o objetivo seja alcançado.

(*) O Grande Rebote ou o Grande Salto (em inglês: Big Bounce) é um modelo científico teórico associado à criação do universo conhecido. Ele advém da interpretação de um universo oscilante sobre a teorização do Big Bang qual este evento foi causado devido ao colapso de um universo anterior, sendo similar a uma reencarnação.

De acordo com uma das versões da teoria cosmológica do Big Bang, no início, o universo tinha densidade infinita. Tal descrição parece estar em concordância com as leis da física, especialmente a área da mecânica quântica e seu princípio da incerteza embora, plenamente, tais teorias sejam incompatíveis entre si até o momento. Não é surpreendente, consequentemente, que a mecânica quântica tenha propiciado uma versão alternativa à teoria do Big Bang. Assim, se o universo é fechado, esta teoria prevê que cada “encarnação” do universo colapsante irá produzir outro universo num evento similar ao “Big Bang” após uma singularidade universal ser alcançada.