A Teoria do Big Bang é o modelo científico que explica como o universo chegou a ser como é agora, como ele já foi, e como será no futuro. Mas como é que a ciência pode ter certeza de que o Big Bang aconteceu e vem acontecendo? Que é real? Afinal de contas, ninguém estava lá para ver o Big Bang ocorrer, e ninguém está recriando Big Bangs em laboratório para estudar como ele acontece.
Mas não precisamos testemunhar um evento para saber que ele aconteceu; basta examinar os vestígios dele.
Um caçador, por exemplo, examina o solo em busca de pegadas. Examinando-as, ele descobre de qual animal é, suas características e quanto tempo faz que passou por ali – sem precisar vê-lo. Semelhante coisa fazem os astrofísicos. Eles examinam o céu e encontram as marcas dos eventos passados, marcas que aprendemos a ver e a interpretar no último século, e que nos ajudam a contar a fascinante história do nosso universo.
Escuridão do céu, à noite – Paradoxo de Olbers
Esta não é tanto uma prova do Big Bang, quanto uma prova que o universo não pode ser infinito e eterno.
Se o universo fosse infinito, homogêneo e eterno, então para onde quer que você olhasse, a linha da visão iria encontrar uma estrela. Alguns astrônomos fizeram as contas e chegaram à conclusão de que, se fosse assim, o céu noturno deveria ser tão brilhante quanto a superfície de uma estrela. Só que ele é escuro.
O Paradoxo de Olbers é o resultado de se assumir premissas falsas: ou o universo não é infinito, ou ele não é eterno, ou ele não é nem eterno, nem infinito.
O universo está em expansão
A primeira evidência de que o Big Bang é a explicação mais correta para o universo é a sua expansão. Na década de 1920, os astrônomos começaram a perceber que as nebulosas espirais eram na verdade outras galáxias, e estavam se afastando.
A conclusão mais lógica é que, se agora as galáxias estão distantes e se afastando, se voltarmos no tempo elas ficarão mais próximas, e quanto mais voltarmos no tempo, mais próximas elas estarão.
Esta é uma evidência forte do evento. Só que existem alguns cenários (ou hipóteses, se preferir) que podem explicar um universo em expansão, sem incluir um Big Bang. Precisamos de mais evidências.
A radiação cósmica de fundo
Se considerarmos que a explicação para a lei de Hubble seja a expansão do universo, qual a consequência imediata disto? Em algum momento do passado, o universo estava extremamente denso e quente. E para onde este calor foi, se é que existiu?
Em todo o lugar. Depois de bilhões de anos de expansão, a radiação de calor original, que era na faixa do ultravioleta, está deslocada para o vermelho até a faixa do micro-ondas. Esta foi uma descoberta espetacular, por que foi primeiro prevista pela teoria, e depois foi confirmada na prática.
Com a radiação cósmica de fundo, podemos excluir todas as teorias que não preveem um universo a 3.000K em algum momento no passado.
Proporção entre elementos simples
Se estamos prontos a assumir que o universo atingiu a temperatura de 10.000.000.000 K (dez bilhões de graus), então ele deve ter passado por uma fase geral de reações nucleares. O combustível era uma mistura de prótons e nêutrons em equilíbrio a esta temperatura. As cinzas eram principalmente deutério, os dois isótopos de hélio, e o isótopo pesado do lítio.
Os cálculos mostram que, a partir de pressupostos razoáveis sobre a densidade atual de núcleons (prótons e nêutrons) e o número de famílias de partículas elementares, podemos chegar a uma proporção em que os elementos devem aparecer nas medições. Tal proporção foi comprovada pela observação.
Esta proporção não pode ser explicada por outras teorias, somente a teoria do Big Bang.
A razão entre fótons e nucleons
Existe no universo aproximadamente 1.000 fótons para cada núcleon (próton ou nêutron), e nenhuma antimatéria. A razão disto está na física de alta energia, em como a matéria se comporta em estados de alta energia (e alta temperatura, portanto).
Antes de avançar nesta evidência, é preciso entender uma coisa: em todas as reações observadas em laboratório, um número idêntico de partículas de energia, matéria e antimatéria é criado ou destruído. Para cada fóton, há uma partícula de matéria, e outra de antimatéria. Não deveria haver esta assimetria de 1000:1:0 entre fótons, matéria e antimatéria.
A explicação é que quando a matéria está a temperaturas na ordem dos 10^27 K (10 seguido de 27 zeros), os fenômenos que acontecem geram a assimetria observada. Em outras palavras, a assimetria é prova que o universo já teve uma temperatura de 10^27 K.
Algumas objeções comuns
É importante sempre questionar a ciência e as suas conclusões, mas o questionamento tem que ser feito de forma racional e lógica. Claro que nem sempre isso acontece. Confira alguns questionamentos irracionais sobre a teoria do Big Bang:
- O Big Bang é invenção de ateus para negar deus. Na verdade foi um padre católico, o belga Georges Lemaître quem criou a “teoria do ovo primordial”, que acabou sendo chamada de “Big Bang” por Fred Hoyle, um astrofísico ateu.
- O Big Bang é só uma teoria, não é uma lei. Já vimos isto antes: uma teoria não vira lei, e as teorias da ciência não são “apenas uma teoria”, mas modelos que contam com hipóteses testáveis, fazem previsões, e têm evidências. [O que é uma teoria científica?]
- Uma explosão na minha carteira não enche ela de dinheiro. O Big Bang, apesar do nome, não foi uma explosão, mas uma expansão do universo. No Big Bang, só se formaram átomos de hidrogênio e hélio, e traços de lítio. Outros átomos se formaram no núcleo de estrelas, e se espalharam quando elas explodiram.
- Uma explosão não poderia criar um planeta redondinho ou a vida. Verdade. E nenhum cientista afirmou isto. O Big Bang aconteceu há 13,7 bilhões de anos, o planeta Terra se originou entre 4,5 a 5,5 bilhões de anos atrás, e a vida se originou a 3,8 bilhões de anos atrás. Três eventos diferentes, em tempos diferentes.
- Não dá para acreditar nas teorias da ciência, elas estão sempre mudando. Os cientistas trabalham com evidências. Se as evidências apontarem que eles estão errados, eles vão se corrigir, seja alterando suas teorias, seja abandonando-as em favor de novas teorias. Vimos isto na história da mecânica quântica e também na história da teoria do Big Bang. Por enquanto não há motivo para afirmar que os cientistas estejam errados. [Como surgiu a teoria quântica?]
- Se o Big Bang está certo, então por que ele não explica o que o originou? Uma teoria não precisa estar completa para estar correta, basta estar correta no que afirma. Por enquanto o Big Bang, apesar de não estar completo, e não explicar de forma satisfatória o tempo de Planck (a primeira fração de segundos do Big Bang), em todo o resto está correto, dentro de uma margem de erro aceitável. [Nova teoria explica o que havia antes do Big Bang]
- Eu não acredito que o universo todo já foi do tamanho de um átomo ou menor. Quando o infomercial “Quem Somos Nós?” afirmou que a matéria é praticamente espaço vazio, ninguém duvidou. Tudo que a ciência faz é apontar que nas condições de temperatura e pressão do tempo de Planck estes espaços vazios diminuem até sumir. De qualquer forma, não acreditar em alguma coisa não prova que esta coisa seja falsa: isso é uma falácia lógica chamada “argumento da incredulidade”.
- Nada surge do nada. Pela mecânica quântica, surge. No vácuo do espaço (o “nada absoluto” realmente não pode gerar nada) pululam partículas virtuais que surgem, e em uma fração de tempo minúscula, desaparecem. [Como ter um universo vindo do nada]
- O cientista fulano de tal provou que o Big Bang não aconteceu, com sua nova teoria. Assim como os cientistas que propõe o Big Bang podem estar errados, os que duvidam da teoria também podem. Por enquanto, a ciência amplamente apoia o Big Bang, pois há décadas de acúmulo de evidências. Até que os especialistas cheguem a um outro consenso, ele continua valendo. [CERN, Naked Scientists, Starts with a Bang, dr. Yuki Takahashi, Saturday Morning Physics – UMich, TalkOrigins, Hubert Reeves, Astronomy Cafe, Ned Wright]