10 teorias que substituem a teoria do big bang

O escritor Terry Pratchett descreveu de forma bem humorada a visão convencional da criação do universo: “No começo não havia nada, que explodiu”. A visão atual da cosmologia é a de um universo em expansão que se originou do big bang, que é bem apoiada por evidências como a radiação de fundo cósmico e a mudança de luz distante em direção ao fim vermelho do espectro, sugerindo que o universo está se expandindo constantemente.

No entanto, nem todos estão convencidos disso. Ao longo dos anos, várias hipóteses alternativas e variadas para o início do universo foram apresentadas. Algumas são especulações interessantes que permanecem, infelizmente, não verificáveis pelas provas ou tecnologias que temos atualmente. Outras são divertidos, porém menos plausíveis, voos em direção ao mundo da fantasia.

10. Estado estacionário

De acordo com um manuscrito recentemente recuperado de Albert Einstein, o grande cientista dava credibilidade à teoria do astrofísico britânico Fred Hoyle de que o espaço poderia continuar expandindo indefinidamente, mantendo uma densidade consistente se nova matéria fosse constantemente introduzida pela geração espontânea. Durante décadas, muitos desconsideraram a teoria de Hoyle, mas o documento sugere que Einstein, pelo menos, considerou seriamente suas ideias.

O que existia antes do Big Bang?

A teoria do estado estacionário foi proposta em 1948 por Hermann Bondi, Thomas Gold e Fred Hoyle. Foi derivada do princípio cosmológico perfeito, que afirma que o universo parece essencialmente o mesmo de todos os locais dentro dele em todos os momentos (em um sentido macroscópico). Isso era filosoficamente atraente, pois sugeria que o universo não tem começo nem fim. A teoria foi popularmente aceita por muitos na década de 1950 e 1960.

Quando confrontados com evidências de que o universo estava se expandindo, os proponentes sugeriram que havia nova matéria sendo criada espontaneamente em uma taxa constante, mas pequena – alguns átomos por milha cúbica por ano.

A observação de quasares nas galáxias distantes (e, portanto, mais antigas, do nosso ponto de vista) que não existem em nossa região estelar atenuou o entusiasmo pela teoria, e finalmente ela foi desconsiderada quando os cientistas conheceram a radiação de fundo cósmico. No entanto, enquanto Hoyle estava promovendo sua teoria favorita, ele fez uma série de estudos que provaram como átomos mais pesados ​​do que o hélio tinham aparecido no universo. (Eles foram criados pela alta temperatura e pressão das primeiras estrelas passando por seu ciclo de vida). Ele também, ironicamente, foi quem criou o termo “big bang”.

9. Luz cansada

Edwin Hubble observou que os comprimentos de onda da luz de galáxias distantes deslocavam-se em direção ao fim vermelho do espectro em comparação com a luz emitida por corpos estelares próximos, sugerindo que os fótons perdiam energia de alguma forma. Este “desvio para o vermelho” geralmente é explicado no contexto de uma expansão pós-big bang como sendo uma função do efeito Doppler. Os defensores dos modelos de estado estacionário do universo, entretanto, sugeriram que os fótons de luz perderiam energia gradualmente ao percorrer o espaço, movendo-se para o comprimento de onda mais longo, o fim vermelho menos energético do espectro. Esta teoria foi proposta pela primeira vez por Fritz Zwicky em 1929.

Há uma variedade de problemas com a hipótese da “luz cansada”. Primeiro, não há nenhuma maneira pela qual a energia de um fóton possa ser alterada sem alterar o seu ímpeto, o que resultaria em um efeito de desfocagem que não observamos. Em segundo lugar, ela não explica os padrões observados na emissão de luz das supernovas, que em vez disso correspondem mais aos modelos para um universo em expansão, com a relatividade especial causando dilatação do tempo.

Finalmente, a maioria dos modelos para a teoria da luz cansada baseia-se em um universo não expansível, mas isso levaria a um espectro de radiação de fundo que não corresponde às nossas observações. Com os números, se a hipótese de luz cansada fosse correta, toda a nossa radiação de fundo cósmica observada teria que vir de fontes que estão mais próximas de nós do que a galáxia Andromeda M31 (nossa galáxia vizinha mais próxima), e qualquer coisa além disso seria invisível para nós.

8. Inflação eterna

A maioria dos modelos modernos do universo inicial postula um curto período de crescimento exponencial (conhecido como inflação) causado pela energia do vácuo, em que partículas vizinhas rapidamente se separaram por vastas regiões do espaço. Após essa inflação, a energia do vácuo deteriorou-se em uma sopa de plasma quente que eventualmente formou átomos, moléculas e assim por diante. Na teoria da inflação eterna, esse processo de inflação nunca terminou. Em vez disso, as bolhas do espaço teriam deixado de inflar e entraram em um estado de baixa energia e, em seguida, expandiram-se para o interior da inflação. Essas bolhas teriam sido como bolhas de vapor em um pote de água fervente, exceto que, nesta analogia, o pote sempre está ficando maior.

Nesta teoria, nosso universo é uma bolha entre muitos em um multiverso caracterizado pela inflação contínua. Um aspecto desta teoria que pode ser testável é a noção de que dois universos que estão próximos o suficiente para se encontrarem causariam interrupções no espaço-tempo de cada um deles. O melhor suporte para esta teoria seria uma evidência de tal ruptura encontrada na radiação de fundo cósmica.

O primeiro modelo inflacionário foi proposto pelo cientista soviético Alexei Starobinksy, mas ficou famoso no ocidente pelo físico Alan Guth, que teorizou que o universo inicial poderia ter super-resfriado para permitir um crescimento exponencial antes do big bang. Andrei Linde tomou essas teorias e as desenvolveu em sua “eterna expansão caótica”, o que sugeriu que, em vez de exigir um grande golpe, dada a energia potencial correta, a expansão pode acontecer a partir de qualquer ponto do espaço escalar e está acontecendo constantemente ao longo do multiverso.

“Em vez de um universo com uma única lei da física, a eterna inflação caótica prediz um multiverso auto-reprodutor, eternamente existente, onde todas as possibilidades podem ser realizadas”, de acordo com Linde.

7. Miragem de um buraco negro 4D

O modelo padrão para o big bang afirma que o universo explodiu de uma singularidade infinitamente densa, mas isso dificulta explicar por que ele tem uma temperatura quase uniforme, dado o curto período de tempo (cosmicamente falando) que passou desde esse evento violento. Alguns acreditam que isso pode ser explicado por uma forma desconhecida de energia que fez o universo expandir-se mais rápido do que a velocidade da luz. Uma equipe de físicos do Instituto Perimeter de Física Teórica propôs que o universo possa, de fato, ser uma miragem tridimensional gerada no horizonte de eventos de uma estrela de quatro dimensões que desabando em um buraco negro (!).

Não houve início do universo, segundo equação quântica

Niayesh Afshordi e seus colegas estavam observando a proposta de 2000 de uma equipe da Universidade Ludwig Maximilians, em Munique, que afirmava que nosso universo era apenas uma membrana existente dentro de um “universo a granel” que tem quatro dimensões. Eles perceberam que, se este universo em massa também continha estrelas 4-D, elas podem se comportar de forma semelhante às suas homólogas 3-D em nosso universo – explodindo em supernovas e entrando em buracos negros.

Os buracos negros tridimensionais são cercados por uma superfície esférica chamada horizonte de eventos. Enquanto a superfície do horizonte de eventos do buraco negro 3-D é bidimensional, a forma do horizonte de eventos do buraco negro 4-D seria tridimensional, uma hipersfera. Quando a equipe de Afshordi modelou a morte de uma estrela de 4-D, eles descobriram que o material ejetado formou uma brana 3-D (membrana) ao redor do horizonte de eventos lentamente expandido. Eles então sugeriram que nosso universo pode de fato ser apenas a miragem formada a partir dos destroços das camadas externas de uma estrela colapsante em quatro dimensões.

Como o universo em massa 4-D pode ser muito mais antigo, ou mesmo infinitamente antigo, isso explica a temperatura uniforme que observamos em nosso universo, embora alguns dados recentes sugerem que possa haver discrepâncias que melhor se adequam ao modelo convencional.

6. Universo espelhado

Um problema complicado para a física é que quase todos os modelos aceitos, incluindo a gravitação, a eletrodinâmica e a relatividade, funcionam igualmente bem em descrever o universo, independentemente do tempo estar indo em frente ou para trás. No mundo real, sabemos que o tempo só vai em uma direção, e a explicação padrão para isso é que nossa percepção do tempo é meramente um produto da entropia, em que a ordem se dissolve em desordem. O problema com esta teoria é que ela sugere que nosso universo começou em um alto estado de ordem e um baixo estado de entropia. Muitos cientistas estão insatisfeitos com a noção de um universo inicial de baixa entropia que conserta a direção do tempo.

Julian Barbour da Universidade de Oxford, Tim Koslowski da Universidade de New Brunswick, e Flavio Mercati, do Instituto Perimeter de Física Teórica, desenvolveram uma teoria sugerindo que a gravidade faz a direção do tempo avançar. Eles estudaram uma simulação computacional de 1.000 partículas semelhantes a pontos interagindo entre si, influenciadas pela gravidade newtoniana. Eles descobriram que, independentemente de seu tamanho ou quantidade, as partículas acabariam por formar um estado de baixa densidade e tamanho máximo. Então, o sistema de partículas se expandiria em ambas as direções, criando duas “setas de tempo” simétricas e opostas e criando estruturas mais ordenadas e complexas em dois caminhos.

Isso sugeriria que o big bang causou a criação não de um, mas dois universos, cada um dos quais com o tempo correndo na direção oposta do outro.

“Esta situação de dois futuros exibiria um passado único e caótico em ambas as direções, o que significa que haveria essencialmente dois universos, um de cada lado desse estado central. Se fossem complicados o suficiente, ambos os lados poderiam sustentar observadores que percebessem o tempo em direções opostas. Qualquer ser inteligente lá definiria sua flecha do tempo como se afastando desse estado central. Eles pensariam que agora vivemos em seu passado mais profundo”, teoriza Barbour.

5. Cosmologia Cíclica Conformal

Sir Roger Penrose, físico da Universidade de Oxford, afirma que o big bang não foi o começo do universo, mas apenas uma transição ao longo doe seus ciclos de expansão e contração. Penrose sugere que a geometria do espaço muda ao longo do tempo e se torna mais emaranhada, conforme descrito por um objeto matemático chamado tensor de curvatura de Weyl, que começa em zero e cresce ao longo do tempo. Ele acredita que os buracos negros atuam para reduzir a entropia no universo e que, à medida que o universo chega ao fim de sua expansão, os buracos negros engolirão a matéria e a energia remanescentes e, eventualmente, um ao outro.

À medida que a matéria deteriora e os buracos negros perdem energia através da radiação Hawking, o espaço torna-se uniforme e cheio de energia inútil. Isso introduz um conceito chamado invariância conformal, uma simetria de geometrias com diferentes escalas, mas a mesma forma. Como o universo não se identifica ostensivamente às condições no seu início, Penrose argumenta que uma transformação conforme suavizaria a geometria do espaço e as partículas degradadas se reverteriam para um estado de zero-entropia. O universo então colapsaria sobre si próprio, pronto para desencadear um novo big bang. Isso significaria que o universo é caracterizado por um processo repetitivo de expansão e contração, que Penrose divide em períodos denominados “eons”.

Penrose e seu parceiro, Vahe Gurzadyan, do Instituto de Física de Erevan, na Armênia, coletaram dados de satélites da NASA sobre radiação de fundo cósmico e alegaram ter encontrado 12 anéis concêntricos claros nos dados, que acreditam ser evidência de ondas gravitacionais causadas por buracos negros supermassivos colidindo no final do eon anterior. Esta é a principal evidência para a teoria da cosmologia cíclica conformal.

4. Big Bang gelado e universo contraindo

O modelo padrão do big bang postula que depois que toda matéria explodiu de uma singularidade, ela se expandiu para um universo quente e denso e então começou a expandir-se lentamente por bilhões de anos. A singularidade coloca alguns problemas ao tentar se encaixar na teoria da relatividade geral e da mecânica quântica, de modo que o cosmólogo Christoff Wetterich, da Universidade de Heidelberg,na Alemanha, argumenta que o universo pode ter começado como um lugar frio e em grande parte vazio que só se tornou mais ativo porque está contraindo, em vez de se expandir, como no modelo padrão.

Neste modelo, o desvio para o vermelho observado pelos astrônomos pode ser causado por um aumento na massa do universo à medida que ele se contrai. A luz emitida por átomos é determinada pela massa das partículas, com mais energia aparecendo conforme a luz se move em direção ao espectro azul e menos energia movendo-se para a luz no espectro vermelho.

O principal problema com a teoria de Wetterich é que é impossível provar através de alguma medição, pois só podemos comparar a proporção de diferentes massas, e não as próprias massas. Um físico queixou-se de que o modelo é como argumentar que em vez de expandir o universo, a régua com a qual estamos medindo está diminuindo. Wetterich disse que ele não considera sua teoria uma substituição ao big bang. Ele simplesmente observa que ela é tão consistente com todas as observações conhecidas do universo e pode ser uma explicação mais “natural”.

3. Universo vivo

Jim Carter é um cientista amador que desenvolveu uma teoria pessoal sobre o universo, baseada em hierarquias eternas de “circlons”, que seriam objetos mecânicos circulares hipotéticos. Ele acredita que toda a história do universo pode ser explicada como gerações de circlons emergentes através de processos de reprodução e fissão. Ele apareceu com o conceito depois de observar um anel perfeito de bolhas emergentes de seu aparelho de respiração enquanto mergulhava na década de 1970, e refinou suas teorias com experimentos envolvendo anéis de fumaça controlados feitos com latas de lixo e folhas de borracha, que ele acredita serem manifestações físicas de um processo chamado sincronismo do circlon.

O buraco negro no nascimento do universo

Carter acredita que a sincronicidade do circlon constitui uma explicação melhor para a criação do universo do que a teoria do big bang. Sua teoria do universo vivo postula que pelo menos um átomo de hidrogênio sempre existiu. No início, um único átomo de anti-hidrogênio flutuava em um vazio tridimensional. A partícula tinha a mesma massa que todo o nosso universo atual e era composta por um proton carregado positivamente e um antiproton com carga negativa. O universo estava em dualidade completa e perfeita, mas o antiproton negativo estava se expandindo gravitacionalmente um pouco mais rápido que o próton positivo, fazendo com que ele perdesse massa relativa. Eles então se aproximaram até que a partícula negativa absorveu o positivo, e eles formaram o antineutron.

O antineutron também foi desequilibrado em massa, mas, eventualmente, voltou para um equilíbrio que o faria dividir em dois novos nêutrons, uma partícula e uma antipartícula. Esse processo causou a formação de um número exponencialmente crescente de nêutrons, alguns dos quais não se separaram, mas se aniquilaram em fótons, que se tornaram a base dos raios cósmicos. Eventualmente, o universo tornou-se uma massa de nêutrons estáveis, que existiram por um tempo antes de decaírem e permitirem que os elétrons se acoplassem com prótons pela primeira vez, formando os primeiros átomos de hidrogênio e, eventualmente, preenchendo o universo com elétrons e prótons que interagem violentamente para formar os elementos. Após um período chamado “A Era do Grande Fogo Gelado”, obtivemos a formação de estrelas, planetas e consciência.

A maioria dos físicos considera as ideias de Carter especulações equivocadas que não toleram o rigor da investigação empírica. De fato, as experiências de Carter com anéis de fumaça foram usadas como evidências para a agora desacreditada teoria do éter há 13 anos.

2. Universo Plasma

Embora a cosmologia padrão considere a gravidade como a principal força orientadora, a cosmologia do plasma ou a teoria do universo elétrico, coloca uma ênfase muito maior no eletromagnetismo. Um dos primeiros defensores desta teoria foi o psiquiatra russo Immanuel Velikovsky, que escreveu um artigo de 1946 sobre o tema, chamado “Cosmos Without Gravitation”, que argumentou que a gravidade é um fenômeno eletromagnético decorrente da interação entre cargas atômicas, cargas livres e os campos magnéticos de sóis e planetas. Essas teorias foram desenvolvidas ainda mais na década de 1970 por Ralph Juergens, que argumentou que as estrelas eram alimentadas por processos elétricos e não termonucleares.

Há uma variedade de diferentes iterações da teoria, mas alguns elementos geralmente são os mesmos. As teorias do universo de plasma afirmam que o Sol e as estrelas são alimentados eletricamente por correntes de deriva, que algumas características da superfície planetária são causadas por “super-relâmpagos”, e as caudas de cometa, tempestades de poeira marcianas e a formação de galáxias são todos processos elétricos. As teorias afirmam que o espaço profundo é permeado por filamentos gigantes de elétrons e íons, que se torcem devido a forças eletromagnéticas no espaço e criam material físico como galáxias. Os cosmólogos de plasma assumem que o universo é infinito tanto em tamanho como em idade, o que limitou a utilidade da teoria aos criacionistas, apesar da oposição à cosmologia do big bang.

Um dos livros mais influentes sobre o assunto é The Big Bang Never Happened (O Big Bang Nunca Aconteceu, em tradução livre), escrito por Eric J. Lerner em 1991. Ele argumenta que a teoria do big bang predica incorretamente a densidade de elementos leves como o deutério, o lítio-7 e o hélio-4, que os vazios entre as galáxias são muito vastos para serem explicados com um quadro de tempo pós-big bang, e que o brilho superficial das galáxias distantes foi observado como constante, enquanto que em um universo em expansão, o brilho deve diminuir com a distância devido ao desvio para o vermelho. Ele também afirma que a teoria do big bang exige muitas coisas hipotéticas (inflação, matéria escura e energia escura) e viola a lei da conservação da energia, já que o universo emergiu do nada.

Em contraste, ele argumenta, a teoria do plasma predica corretamente a abundância de elementos leves, a estrutura macroscópica do universo e a absorção de ondas de rádio como causa da radiação cósmica de fundo. Muitos cosmólogos argumentam que as críticas de Lerner à cosmologia do big bang são baseadas em noções que se sabe serem incorretas quando ele escreveu o livro, e suas explicações de observações que respaldam a cosmologia do big bang causam mais problemas do que podem resolver.

1. Bindu-Vipshot

Esta lista até agora evitou histórias de criação religiosa ou mitológica para a origem do universo, mas é possível fazer uma exceção para as histórias de criação hindu, que podem ser reconciliadas com teorias científicas com uma facilidade que escapa à maioria das outras cosmologias religiosas. Carl Sagan disse uma vez: “É a única religião em que as escalas de tempo correspondem às da cosmologia científica moderna. Seus ciclos correm de nosso dia e noite ordinários para um dia e uma noite de Brahma, de 8,64 bilhões de anos. Mais do que a idade da Terra ou do Sol e cerca de metade do tempo desde o Big Bang”.

O conceito tradicional mais próximo da teoria do big bang do universo pode ser encontrado no conceito hindu de bindu-vipshot, que significa “ponto-explosão” em sânscrito. Os hinos védicos da Índia antiga sustentavam que o bindu-vipshot produzia as ondas sonoras da sílaba “om”, que representa Brahman, a Realidade Suprema ou Divindade. A palavra “Brahman” vem da raiz sânscrita brh, que significa “crescer grande”, que tem algum vínculo com o big bang, como o fazem com o título das escrituras Shabda Brahman, que podem ser associados à sphota, ou “explosão”. O som primário “om” foi interpretado como a vibração do big bang detectado pelos astrônomos sob a forma de radiação cósmica de fundo.

Os Upanishads explicam o big bang como o único (Brahman) que deseja se tornar muitos, o que ele conseguiu através do big bang com uma expressão de vontade. A criação é ocasionalmente retratada como lila, ou “peça divina”, com a implicação de que o universo foi criado como parte de um jogo e o lançamento do big bang foi parte disso. Afinal, nenhum jogo é divertido quando o jogador onisciente sabe exatamente o que vai acontecer. [Listverse]

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