O universo é infinito: mito ou realidade?

Publicado em 27.06.2013

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Durante o ano de 1917, Albert Einstein estava às voltas com o problema da inércia (formulada há 400 anos): porque os corpos oferecem resistência à mudança de seu estado atual, um corpo tende a permanecer em repouso ou movimento retilíneo uniforme a menos que alguma força seja aplicada a ele. Mas faltava explicar por que isto acontecia.

Segundo a ideia de outros físicos, a inércia é o resultado da interação com o campo gravitacional de outras estrelas. Mas quantas estrelas? Einstein tinha alguns problemas com a ideia de um universo infinito, com infinitas estrelas: a massa seria infinita, e a inércia também seria infinita – os corpos não se moveriam.

Mas a ideia de um universo limitado flutuando no meio do vazio também tinha seus problemas. Um deles era uma explicação para o motivo das estrelas não escaparem para fora deste universo, esvaziando-o.

A solução pareceu maluca até mesmo para Einstein: o universo poderia ser finito, mas sem bordas, sem limites. O campo gravitacional curvaria tanto o universo que ele fecharia sobre si mesmo. Um universo assim não teria limites, mas seria finito.

Einstein apresentou sua ideia em um trabalho chamado “Considerações Cosmológicas na Teoria Geral da Relatividade”, o mesmo trabalho em que apresentou a sua constante cosmológica, mais tarde chamada por ele de seu “maior erro”, que recentemente acabou sendo ressuscitada pelos físicos, para representar a energia escura.

Para ajudar as pessoas a entender sua ideia, Einstein criou uma metáfora que foi usada até por Carl Sagan para explicar a quarta dimensão. Essa metáfora pede para o leitor imaginar dois exploradores bidimensionais em um universo bidimensional. Estes “habitantes do plano” poderiam andar em qualquer direção na superfície achatada que seria o seu universo, mas os conceitos de “para cima” ou “para baixo” não teriam significado para eles.

Einstein propôs uma pequena mudança neste universo bidimensional, sugerindo um plano ligeiramente curvo. E se o universo destes exploradores fosse ainda bidimensional, mas não fosse plano, e sim, curvo como a superfície de um globo? Uma seta que estes exploradores disparassem viajaria em linha reta, mas eventualmente faria a curva em todo o globo, voltando ao ponto de início.

Desta forma, o tamanho total do universo destes exploradores bidimensionais seria finito, mas eles poderiam viajar em qualquer direção, e nunca encontrariam uma borda. E se viajassem em linha reta acabariam retornando ao ponto de início, sem precisar fazer curva alguma. E se este globo estivesse em expansão, este universo bidimensional também estaria em expansão, mas sem ter bordas.

Einstein então sugere que nosso universo 3D também seria curvo, ou seja, fechado sobre si mesmo, como aquela superfície plana sobre um globo. É complicado de imaginar um universo assim, mas por incrível que pareça, ele pode ser facilmente descrito usando a geometria não Euclidiana que foi criada por Gauss e Riemann. E isto continua valendo para um universo com quatro dimensões, o espaço-tempo.

Em um universo curvado, um raio de luz que viaja em uma direção percorreria o que a nós se pareceria com uma linha reta, e ainda assim faria uma curva e retornaria para o ponto de início. O físico Max Born afirmou que “a sugestão de um espaço finito, mas ilimitado é uma das maiores ideias sobre a natureza do mundo que já foi concebida”.

Mas o que haveria fora deste universo curvado? O que tem no outro lado da curvatura? Estas perguntas não têm resposta. Mais que isto, elas não têm sentido, da mesma forma que não faria sentido perguntar a um daqueles habitantes do mundo bidimensional o que há fora do mundo deles.

Em resumo, Einstein propôs que o universo poderia ser finito, curvado sobre si mesmo. O que determinaria esta curvatura seria a quantidade de massa-energia nele. As medições feitas mais recentemente com a sonda WMAP (“Wilkinson Microwave Anisotropy Probe” ou “Sonda de Anisotropia de Microondas Wilkinson”, que mediu a densidade da radiação cósmica de fundo) apontam para um universo visível plano, com uma margem de erro de 0,4%.

O problema é a expressão “universo visível”. O universo visível é apenas o que pode ser captado com nossos telescópios, e corresponde a uma esfera de alguns bilhões de anos-luz de raio em torno da Terra. Mas isto pode corresponder apenas a um pedaço pequeno do universo total, e este universo total poderia ser tão grande que a medição da curvatura local seria equivalente a zero.

Enfim, quando a noção de um universo infinito surgiu, não tínhamos ideia de que ele estava na verdade se expandindo, e que essa expansão era acelerada. [arXiv.org, Wikipedia, Einstein: his life and universe - Walter Isaacson, ESA, New Scientist, YouTube]

Autor: Cesar Grossmann

Formado em Engenharia Elétrica, é funcionário público, gosta de xadrez e fotografia. Apesar de se definir como "geek", não tem um smartphone, e usa uma câmera fotográfica com filme (além da digital).

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40 Comentários

  1. Se o UNIVERSO esta constantemente se expandindo, não faz sentido ele ser infinito, como uma coisa que não tem fim pode aumentar de tamanho?
    O UNIVERSO é em si o tempo e o espaço, então, fora do UNIVERSO ha somente o grande NADA, não ha espaço e nem mesmo o tempo, como poderia existir algo alem da INEXISTÊNCIA, que não chega a ser uma coisa, é só uma palavra para a ausência de de algo que exista.

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  2. Olha gente, imaginar que o o universo é finito, é como vc imaginar o último número da matemática!!!Quem quiser tentar…

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    • o nada nao existe,pois se o tudo existe,o nada nao pode existir,exceto se o tudo for um nada,Citamos o universo é o tudo,se ele é o tudo nao pode ser o nada,e fora dele nao pode ter nada,pois o nada so existe se o tudo nao existir,o nada nao existe pois é nada,tudo oq existe é o tudo,simplificando:o Universo

      é um paradoxo….

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  3. “Enfim, quando a noção de um universo infinito surgiu não tínhamos idéia de que o universo estava se expandindo, portanto alcançando áreas no espaço vazio que previamente não ocupava”

    Intigrante tentar entender este ‘espaço vazio que previamente não ocupava’. Que sentido de espaço vazio seria esse? Uma espécie de ‘nada absoluto’, onde nem o vácuo existia?

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  4. Daquilo o que eu sei, ao descobrir que a inércia não tinha algo em comum com a gravidade, Einstein sugeriu que a inércia talvez fosse elétrica.
    “Insight” – ….Então, a ‘construção gráfica’ do POLÍGONO FUNICULAR de uma série de vetores, aplica-se na engenharia para o cálculo dos “momentos fletores” de vigas e colunas, para o cálculo do baricentro de um elemento construtivo, para um cálculo de cunho econômico, para o cálculo do “MOMENTO DE INÉRCIA”, etc.(Fonte – RAE PUBLICAÇÕES/FGV)

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  5. Se existe bilhões de galaxias… dá pra imaginar que o tamanho disso tudo é incontável a quantidade de planetas, logo o universo é infinito igual a Deus!

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  6. Isso sempre me intrigou, entender como sao essas teorias eh facil, o dificil eh ficar pensando: finito ou infinito, o q há além do universo (o espaço vazio)? Este tbm nao faria parte do universo?? Isso q me faz pensar… Serah q nós vamos saber algo mais concreto ateh a extinçao da raça humana, quando o sol explodir?? (se chegarmos ateh lah). Me questiono tanto sobre isso q as vezes gosto de lembrar do final de Mib Homens de Preto rsrs. ;)

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    • Apesar do filme MIB ter aquele tom de comédia, não acho tão absurda a ideia de haver universos diferentes, como no caso daquele na coleira do gato, se o universo se curva sobre se mesmo, pode ser que haja outros universos que podem ser semelhantes a tudo isso que conhecemos e tudo isso estar contido dentro de algo ainda maior, mas a nossa compreensão sobre tudo isso é insignificante e a ciência ainda não está nem engatinhando para se aproximar das verdades, evoluimos muito e descobrimos tantas coisas e ainda estamos tão próximos de ter alguma resposta sobre isso quanto a 10000 anos atrás.

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  7. Para os que “não conseguem imaginar o Nada”: basta imaginar a ausência de algo, e depois imaginar a ausência de tudo. Não é tão difícil. Só temos, por natureza, horror à idéia.

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    • Temos horror ao Nada porque ele representa o fim, e por isso “preferimos” o infinito, assim como preferimos a vida após a morte, pelo mesmo motivo.

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    • Existir ou inexistir não pode ser atribuído ao Nada porque ele é a própria inexistência. Seria como tentar dizer que a Queda… cai.

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    • O nada não existe, pois se existir não é o nada.

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    • Vc acabou de atribuir inexistência à inexistência, ou seja: a afirmou.
      Provavelmente não entendeu o que escrevi bem acima.

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    • Se pararmos para pensar, o nada em sí ja é algo. Então, logo, o NADA absoluto não existe, pois o próprio nada é algo que esta ali existente.

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  8. sei que parece ser meio estranho para vcs, mas o universo nao precisa ser algo em si. Por exemplo: imagine que tudo ao seu redor é preto, e, em algun ponto ai, exista uma luz. Esta luz é apenas um enorme conjunto de 100 bilhões de galaxias, mas estao apenas juntas, e n dentro de algo com bordas. Esse grande aglomerado poderia ate ter um buraco negro central ou qualquer outra coisa que mantenha as galaxias juntas, mais n seria um universo em si. Espero q tenham entendido. Esta é a minha teoria. Caso n entendam, eu to teorizando q, este espaço preto seja um universo infinito e, a luz, fosse um conjunto de galaxias formando um mini-universo, mais ou menos, um universo q n tem um fim determinado.

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    • Ótima analogia, acho que você está certo, é o que eu penso também! Realmente o espaço ele é só um vazio, ele não é algo propriamente dito, pode ser que ele seja realmente o nada, o vazio! A idéia de que espaço é “algo” só existe para tentar explicar a gravidade com base em observações de lentes gravitacionais, dai com a observação de Hubble de galáxias mais distantes se afastando surgiu a idéia de que o “nosso universo” está se expandindo e de que o espaço está se expandindo junto, mas eu acho que a idéia de espaço ser algo é muito precipitada, acho que espaço não existe e que existe outra explicação(a verdadeira) para as lentes gravitacionais e a gravidade. E se for assim como eu imagino, então a matéria/energia sempre estará por ai preenchendo este infinito vazio, talvez em qualquer ponto que você vá do espaço sempre existirá matéria/energia, dessa forma o universo no geral seria infinito.

      Eu não consigo imaginar um fim para o universo, tipo você chega em uma parede e acaba tudo e não tem mais nada, não faz sentido, a propria parede já é algo, por isso eu acho que sempre exitira mais coisas infinitamente, por isso acredito no Universo infinito. Digo que no final existira uma parede porque essa é a unica explicação para o “não-espaço”, a unica “quase-evidencia” de que o espaço é algo são as lentes gravitacionais. Alguns aguardam ancionsamente as evidencias de ondas gravitacionais no espaço, mas se o espaço realmente já for o nada, então essas evidencias nunca irão aparecer.

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  9. Antes eu pensava simplesmente que o universo era infinito, um imenso vácuo por onde existiam várias galáxias. porém hoje em dia eu não acho muito difícil imaginar um universo finito, levando em conta que possa existir o multiverso. Um belo mistério para ser desvendado!

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    • Quis dizer “infinito”!

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  10. Vai chegar um dia que algum que um faxineiro vai esbarra na tomada e desligar o universo.

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  11. Prefiro acreditar que é infinito, porque se não for temos que acreditar que quando acabar o vácuo teremos o ´nada`. Eu não consigo imaginar o ´nada`.

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    • Na ciência a crença é irrelevante.

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    • Depende do que você considerar como Universo, se você considerar o Universo como sendo apenas este aglomerado de energia de 14 bilhões de anos luz de distancia que é visivel por nossos telescópios e que está se expandindo, sim isso é finito. Agora se você considerar que o Universo não é só isso, que existe o lado de fora disso que só não é visivel porque está fora do alcance dos nossos telescópios atuais, mas que está lá esperando apenas ser explorado, que este lado de fora seja infinito, com infinitos aglomerados de matéria, energia, etc. Neste caso não poderiamos dizer que o Universo está expandindo, mas que o que está se expandindo é este aglomerado visível que conhecemos de 14 bilhões de anos luz, assim como deve ocorrer com qualquer aglomerado de energia que sofre algum tipo de explosão de algo como um mega buraco-negro. E o lado de fora macro-infinito continua lá, com tudo o que existe dentro dele. Esta é a verdadeira analogia de um Universo infinito, e não aquela analogia de que o universo é finito e expande ao infinito isso é besteira! Eu não consigo imaginar um fim para o universo, tipo você chega em uma parede e acaba tudo e não tem mais nada, não faz sentido, a propria parede já é algo, por isso eu acho que sempre exitira mais coisas infinitamente, por isso acredito no Universo infinito. Digo que no final existira uma parede porque essa é a unica explicação para o “não-espaço”, lembre-se a idéia de que espaço é algo só existe com base nas lentes gravitacionais e serve de explicação para a gravidade, mas eu acredito que exista outra explicação(a verdadeira) para as lentes gravitacionais e para o funcionamento da gravidade, e o espaço realmente não existe, ele é apenas um vazio. Quando você estiver mais por dentro do assunto de Astronomia, entenderá o que eu digo.

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    • Se você for o Eric la da comunidade então ignore essa minha última frase hehehe

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    • É finito ? E o Universo se expande pra onde ?

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  12. César, o Décio {de novo}. Abraço. Grato.

    Zetética atinente ao cálculo do número pi

    Com pi igual a 3,1416, obtém-se a perfeita construção de motores de aviação. Com 10 decimais, calcula-se a superfície do Planeta Terra, suposta esférica, com erro menor que 2cm.; e com 30 decimais calcula-se a superfície de todo o Universo, com precisão igual ou maior (Fonte – Irmãos Maristas). Mas, não se deve esquecer que a superfície esférica tem apenas dua dimensões, enquanto o Universo, de fato, tem três dimensões…..No Universo real, existe uma quarta dimensão, mas ela tem a ver com o tempo…..(Fonte – Tudo o que você queria saber sobre o Big Bang).

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  13. O universo é infinito de qualquer forma. Se existe espaço, este se estende perpetuamente, onde encontramos outros universos alternativos em infinitas possibilidades dos eventos acontecerem.

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  14. Essa idéia de universo finito é algo muito limitado. É completamente compreensível que o universo no geral pode ser infinito, basta apenas aceitar que o observável seja este que nós alcançamos com nossos telescópios, porém as outras partes deste universo estão tão distantes que talvez nunca conseguiremos vizualizar com telescópios mais potentes que venhamos a construir, ou talvez consigamos vizualizar num futuro. Lembrem-se que antigamente as pessoas achavam que o nosso universo era apenas essa galáxia, depois descobrimos que existiam bilhões de galáxias, hoje o limite é de visual é de uns 14 bilhões de anos luz de distancia, e eu duvido que acabe ai! O universo é infinito, sempre irá existir aglomerados de energia, matéria, antimatéria, etc etc por ai. Não acredito que espaço exista, que seja algo, acredito que o espaço seja apenas o vazio infinito e pronto, e sempre existirá energia preenchendo este vazio infinito. Lembrem-se que a unica coisa que sustenta a idéia de que espaço é algo, são as lentes gravitacionais, e a explicação teorica para a força da Gravidade, eu não acredito nisso, pra mim existe uma particula responsável por transmitir a força da gravidade, porém ela ainda não foi encontrada.

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  15. É estranho mas faz muito sentido. Antes desta hipótese ou modelo estrutural, eu imaginava um universo inteiramente ilimitado; considerava apenas algumas teorias de universo limitado: uma delas é de que nos limites (ou bordas) do nosso universo haveria portais, dessa forma o universo estaria contido dentro destes portais e não haveria outra forma de sair dele; a outra teoria que imaginei era de que, ao ultrapassar os limites do nosso universo, entraríamos em outro que só seria distinguido por apresentar leis diferentes da do nosso universo.

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  16. “Mas o que haveria fora deste universo curvado? O que tem no outro lado da curvatura? Estas perguntas não têm resposta. Mais que isto, elas não têm sentido, da mesma forma que não faria sentido perguntar a um daqueles habitantes do mundo bidimensional o que há fora do mundo deles.”

    Se vc seguir a definição de Universo como “tudo o que existe”, faz tanto sentido quanto perguntar quem caiu pra cima. Se ‘caiu’, só pode ser pra baixo, do mesmo modo que não pode haver nada depois do tudo. Se o alvo de estudo da Ciência é o universo, e ele for finito, então este é simplesmente o ponto em que a Ciência pára, porque ela não estuda o Nada, quem estuda o Nada é a Metafísica.

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    • Pro[vocação}…

      Consideração a respeito do “Nada”

      Ponto de Vista:

      Parafraseando Lulu Santos em ” Apenas Mais Uma de Amor”, o “Nada”….
      Como uma ideia que existe na cabeça/
      E não tem a menor obrigação de acontecer

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  17. Cosmologia – Alan Guth e Integrais Múltiplas

    A Ciência, sem generalizar, nos informa que o Universo é limitado no ‘tempo’, não no ‘espaço’. Sob o ponto de vista analítico e contando com os recursos Alan Guth (inflação cósmica) e Integrais Múltiplas sugerimos um processo de passagem ao limite que não depende da geometria.
    “Insight” – Gostaríamos que a “nossa” consideração fosse repassada a um Físico Teórico. Desde já agradecemos.

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