Alguns astrônomos acham que o universo pode eventualmente agir como um suflê malfadado, ao contrário deste, que parece bem expandido e pronto para comer. © iStockphoto.com/robynmac Todos estamos preocupados com o que acontecerá no final de nossas vidas. Vemos outras coisas vivas morrerem, e sabemos que isso vai acontecer conosco. Porque é inevitável, nos preocupamos quando, onde e como isso vai acontecer. Muitos de nós também nos perguntamos sobre o destino da Terra. Será uma bola azul hospitaleira para sempre, ou será eventualmente consumido pelo sol à medida que aumenta de uma estrela amarela de tamanho médio para uma gigante vermelha? Ou talvez envenenemos nosso planeta, e vai flutuar, frio e desolado, através do espaço. Se tal coisa acontecesse, quanto tempo demoraria? Cem anos? Mil? Um milhão?
Alguns astrônomos - aqueles que se autodenominam cosmologistas - fazem perguntas semelhantes sobre o universo. A escala em que esses cientistas trabalham, claro, é muito diferente. O universo é enorme em comparação com um único planeta, até mesmo uma única galáxia, e sua linha do tempo é muito, muito mais tempo. Por causa disso, cosmologistas não podem saber com certeza como o universo começou ou como terminará. Eles podem, Contudo, coletar evidências, fazer suposições fundamentadas e estabelecer teorias.
Uma dessas teorias, sobre o futuro do universo, é divertidamente conhecido como "big crunch". De acordo com esta teoria, o universo um dia vai parar de se expandir. Então, como a gravidade puxa sobre o assunto, o universo começará a se contrair, caindo para dentro até que desmoronou em um superaquecimento, singularidade superdensa. Se a teoria for verdadeira, o universo é como um suflê gigante. Começa pequeno, em seguida, expande-se à medida que aquece. Eventualmente, Contudo, o suflê esfria e começa a desmoronar.
Ninguém gosta de um suflê caído, e não devemos gostar de um universo que se comporta como um. Isso significa a destruição de todas as galáxias, estrela e planeta que existe atualmente. Felizmente, o big crunch não é uma garantia. Os cosmologistas estão atualmente envolvidos em um debate acalorado. Um acampamento diz que o suflê vai cair; o outro campo diz que o suflê se expandirá para sempre. Passar-se-ão bilhões de anos antes de sabermos com certeza qual campo é o certo.
Enquanto isso, vamos mergulhar mais fundo no big crunch para entender o que é e o que significa para o universo. Como o big crunch é, na verdade, uma consequência do big bang, vamos começar por aí.
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Embora muitas pessoas acreditem que a teoria do big bang se refere a uma explosão, na verdade, refere-se à expansão do universo. HowStuffWorks de 2008 Embora How the Big Bang Theory Works cubra a origem do universo em detalhes, será útil cobrir o básico aqui. A versão curta é assim:cerca de 15 bilhões de anos atrás, toda a matéria e energia foram engarrafadas em uma região incrivelmente pequena conhecida como singularidade . Num instante, esse único ponto de material superdenso começou a se expandir a uma taxa surpreendentemente rápida. Os astrônomos não entendem totalmente o que causou o início da expansão, mas eles usam o termo "big bang" para descrever a singularidade e os primeiros momentos que se seguiram.
À medida que o universo recém-nascido se expandia, começou a esfriar e se tornar menos denso. Pense em um jato de vapor saindo de uma chaleira. Perto da tampa do bico, o vapor está muito quente, e as moléculas de vapor estão concentradas em um espaço confinado. Conforme o vapor se afasta da chaleira, Contudo, o vapor esfria conforme as moléculas se espalham pela cozinha. A mesma coisa aconteceu depois do big bang. Em cerca de 300, 000 anos, tudo contido na singularidade se expandiu em uma agitação, esfera opaca de matéria e radiação. Como aconteceu, a temperatura caiu para 5, 432 graus Fahrenheit (3, 000 graus Celsius), permitindo a formação de partículas mais estáveis. Primeiro vieram os elétrons e prótons, que então se combinaram para formar átomos de hidrogênio e hélio.
O universo continuou a se expandir e se diluir. Você pode ficar tentado a imaginar este jovem universo como um guisado, com aglomerados de matéria flutuando em um molho espesso. Mas os astrônomos agora acham que era mais como uma sopa, muito suave em densidade, exceto por algumas pequenas flutuações. Essas perturbações foram significativas o suficiente para fazer com que a matéria se aglutinasse. Enormes aglomerados de protogaláxias começou a se formar. As protogaláxias amadureceram em galáxias , grandes ilhas de gás e poeira que deram origem a bilhões de estrelas. Em torno de algumas dessas estrelas, a gravidade juntou as rochas, gelo e outros materiais para formar planetas. Em pelo menos um desses planetas, a vida evoluiu, cerca de 11 bilhões de anos após o big bang ter começado tudo.
Hoje, o universo continua a se expandir, e os astrônomos têm evidências para provar isso. A seguir, vamos examinar algumas dessas evidências.
Se a teoria do big bang estiver correta, então os astrônomos devem ser capazes de detectar a expansão do universo. Edwin Hubble, o homônimo do Telescópio Espacial Hubble, foi um dos primeiros cientistas a observar e medir essa expansão. Em 1929, ele estava estudando o espectro , ou arco-íris, de galáxias distantes, permitindo que a luz desses objetos passe por um prisma em seu telescópio. Ele notou que a luz que vinha de quase todas as galáxias foi deslocada para a extremidade vermelha do espectro. Para explicar a observação, ele se virou para o efeito Doppler , um fenômeno que a maioria das pessoas associa ao som. Por exemplo, quando uma ambulância se aproxima de nós na rua, o tom da sirene parece aumentar; conforme passa, o tom diminui. Isso acontece porque a ambulância está captando as ondas sonoras que está criando (aumento do tom) ou se afastando delas (diminuição do tom).
Hubble concluiu que as ondas de luz criadas pelas galáxias estavam se comportando de maneira semelhante. Se uma galáxia distante estivesse correndo em direção a nossa galáxia, ele argumentou, iria se aproximar das ondas de luz que estava produzindo, o que diminuiria a distância entre as cristas das ondas e mudaria sua cor para a extremidade azul do espectro. Se uma galáxia distante estivesse se afastando de nossa galáxia, ele se afastaria das ondas de luz que estava criando, o que aumentaria a distância entre as cristas das ondas e mudaria sua cor para a extremidade vermelha do espectro. Depois de observar consistentemente redshifts, Hubble desenvolveu o que chamamos Lei de Hubble :As galáxias estão se afastando de nós a uma velocidade proporcional à sua distância da Terra.
Hoje, os desvios para o vermelho de objetos celestes distantes são uma forte evidência de que o universo está se expandindo. Mas tudo que se expande deve eventualmente parar, direito? Não vai o universo, como uma bola atirada para o céu, alcançar algum ponto máximo de expansão, parar e depois voltar ao ponto de partida? Como veremos a seguir, esse é um dos três cenários possíveis.
Verificação de antecedentes
Fortes evidências do big bang também vêm da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). Essas micro-ondas são do mesmo tipo que você usa para cozinhar na sua cozinha, exceto que eles estão espalhados por todo o universo. Na verdade, eles são tão uniformemente difundidos por todo o espaço que os astrônomos agora acreditam que a radiação CMB é o eco do big bang, o suspiro moribundo da explosão que deu origem ao cosmos que conhecemos hoje.
Como as coisas funcionam Quase todos os astrônomos aceitam que o universo está se expandindo. O que acontece a seguir é o verdadeiro mistério. Felizmente, existem apenas três possibilidades reais:O universo pode ser aberto, plano ou fechado.
Universo aberto. Neste cenário, o universo se expandirá para sempre, e como acontece, a matéria que contém se espalhará cada vez mais tênue. Eventualmente, as galáxias ficarão sem as matérias-primas de que precisam para fazer novas estrelas. Estrelas que já existem irão se extinguir lentamente, como brasas morrendo. Em vez de berços de fogo, galáxias se tornarão caixões cheios de poeira e estrelas mortas. Nesse ponto, o universo ficará escuro, frio e, infelizmente para nós, sem vida.
Universo plano . Imagine uma bola de gude rolando em uma superfície de madeira infinitamente longa. Há atrito suficiente para desacelerar o mármore, mas não o suficiente para fazer isso rapidamente. A bola de gude vai rolar por muito tempo, eventualmente, parando lenta e suavemente. Isso é o que acontecerá com um universo plano. Vai consumir toda a energia do big bang e, alcançando o equilíbrio, costa para uma parada no futuro. De muitas maneiras, esta é apenas uma variação do universo aberto porque levará, literalmente, para sempre para que o universo alcance o ponto de equilíbrio.
Universo Fechado . Amarre uma extremidade de uma corda elástica em sua perna, a outra extremidade para o trilho de uma ponte e depois pule. Você vai acelerar rapidamente para baixo até começar a esticar o cabo. Conforme a tensão aumenta, a corda diminui gradualmente a sua descida. Eventualmente, você vai parar completamente, mas apenas por um segundo como o cabo, esticado ao seu limite, puxa você de volta para a ponte. Os astrônomos acham que um universo fechado se comportará da mesma maneira. Sua expansão diminuirá até atingir o tamanho máximo. Então ele vai recuar, colapsando sobre si mesmo. Como acontece, o universo se tornará mais denso e quente até que termine em um infinitamente quente, singularidade infinitamente densa.
Um universo fechado levará a um big crunch - o oposto do big bang. Mas quais são as chances de que um universo fechado seja mais provável do que um universo aberto ou plano? Os astrônomos estão começando a fazer algumas suposições fundamentadas.
Para determinar se o universo se expandirá para sempre, desacelerar até parar ou desabar sobre si mesmo, os astrônomos devem decidir qual das duas forças opostas vencerá um cabo de guerra cósmico. Uma dessas forças é a parte bang do big bang - a explosão que catapultou o universo para fora em todas as direções. A outra força é a gravidade, a atração que um objeto exerce sobre outro. Se a gravidade dentro do universo for forte o suficiente, poderia reinar na expansão e fazer com que o universo se contraísse. Se não, o universo continuará a se expandir para sempre.
Embora os astrônomos saibam que o universo está se expandindo, eles não podem medir com precisão a força responsável pela expansão. Em vez de, eles tentam medir a densidade do universo. Quanto maior a densidade, quanto maior a força gravitacional. Aplicando esta lógica, deve haver um limiar de densidade - um limite crítico - que determinará se a gravidade dentro do universo é forte o suficiente para interromper a expansão e puxar tudo de volta. Se a densidade for maior do que o limite crítico, então o universo irá parar de se expandir e começar a se contrair. Se for menor que o limite crítico, então o universo se expandirá para sempre. Os astrônomos representam isso matematicamente com a seguinte equação:
Ω =densidade média real / densidade crítica
Se ômega (Ω) for maior que 1, então o universo será fechado. Se for menor que 1, o universo será aberto. E se for igual a 1, o universo será plano. Com base no que podemos ver, como galáxias, estrelas e planetas, a densidade do universo parece estar abaixo do valor crítico. Isso sugere um universo aberto que se expandirá para sempre. Mas os cosmologistas acham que existe outro tipo de matéria que não pode ser vista. Esse matéria escura pode ser responsável por muito mais do universo do que o normal, matéria visível e pode ter gravidade suficiente para parar, e depois inverter, a expansão.
Recentemente, astrônomos fizeram algumas observações que indicam que há outro material invisível no cosmos: energia escura . A energia escura pode afetar profundamente o destino do universo?
Somos grandes em " Grande "O termo "big bang" começou como uma piada - uma observação depreciativa feita pelo astrônomo Fred Hoyle. Mas o nome pegou e gerou uma série de imitações de nomenclatura. Um universo que se expande para sempre produzirá um "grande resfriado" ou um "grande congelamento". Um universo que entra em colapso em uma singularidade e explode novamente experimentará um "big crunch" seguido por um "big bounce". E um universo que atinge o equilíbrio e não faz nada se tornará um "grande aborrecimento".
Retratado e ampliado aqui à esquerda é uma supernova que o Hubble capturou na câmera que explodiu 10 bilhões de anos atrás. Chamado 1997ff, isso reforçou enormemente a defesa da existência de energia escura que permeia o cosmos. Foto cedida pela NASA-GSFC Assim como os astrônomos estavam lutando com o impacto da matéria escura, eles fizeram uma descoberta que os fez voltar ao quadro-negro mais uma vez. A descoberta veio em 1998, quando os melhores telescópios do mundo revelaram esse tipo I a supernovas - estrelas moribundas, todas com o mesmo brilho intrínseco - estavam mais longe de nossa galáxia do que deveriam. Para explicar esta observação, astrônomos sugeriram que a expansão do universo está na verdade acelerando ou acelerando. Mas o que faria com que a expansão fosse mais rápida? A gravidade inerente à matéria escura não é forte o suficiente para impedir tal expansão?
Acontece que há mais na história cósmica do que se pensava anteriormente. Alguns cosmologistas agora pensam que algo mais - algo tão inexplicável e inobservável quanto a matéria escura - está à espreita no universo. Eles às vezes se referem a essas coisas invisíveis como energia escura . Ao contrário da gravidade, que atrai o universo e retarda sua expansão, a energia escura empurra o universo e trabalha para acelerar a expansão. E há muito disso. Os astrônomos estimam que o universo pode ter 73 por cento de energia escura. Matéria escura, eles pensam, compõe outros 23 por cento, e a matéria comum - o que podemos ver - compõe insignificantes 4% [fonte:Brecher]. Com números como esses e dado que a energia escura é uma força inflacionária, é fácil ver como o big crunch pode nunca acontecer.
Interessantemente, Albert Einstein previu a existência de energia escura em 1917, enquanto tentava equilibrar as equações de sua teoria geral da relatividade. Ele não chamou de energia negra na época. Ele se referiu a isso como o constante cosmológica e rotulou lambda em seus cálculos. Embora ele não pudesse provar, Einstein achava que deveria haver uma força repulsiva no universo para espalhar tudo ao seu redor de maneira tão uniforme. Eventualmente, ele se retratou, chamando lambda de seu maior erro.
Agora, os cientistas estão se perguntando se Einstein pode estar certo mais uma vez - a menos que, claro, ele está errado. A seguir, vamos explorar por que alguns ainda mantêm o big crunch em alta conta e por que pode não ser o fim do universo, mas um segundo começo.
O grande salto assume o ciclo de vida do universo HowStuffWorks
Claramente, não há uma resposta fácil quando se trata de prever o destino do universo. Mas vamos imaginar por um momento que a densidade do universo está acima do valor crítico necessário para interromper a expansão. Isso levaria à grande crise, o que em muitos aspectos seria como apertar o botão de retrocesso de um videocassete. Como a gravidade dentro do universo puxou tudo de volta, os aglomerados de galáxias se aproximariam. Em seguida, galáxias individuais começariam a se fundir até, depois de bilhões de anos, uma megagaláxia se formaria.
Dentro deste caldeirão gigante, estrelas se fundiriam, fazendo com que todo o espaço se torne mais quente que o sol. Eventualmente, estrelas explodiriam e buracos negros emergiriam, lentamente no início e depois mais rapidamente. Conforme o fim se aproximava, os buracos negros sugariam tudo ao seu redor. Até mesmo eles se aglutinariam em algum ponto para formar um buraco negro monstruoso que fecharia o universo como um saco de amarrar. No fim, nada permaneceria além de um superaquecido, singularidade superdensa - a semente de outro universo. Muitos astrônomos acham que a semente germinaria em um "grande salto, "reiniciar todo o processo.
Essa não é a única teoria. Alguns cosmologistas, liderado por Paul J. Steinhardt da Princeton University e Neil Turok da Cambridge University, argumentaram recentemente que o big chill e o big crunch não são mutuamente exclusivos. O modelo deles funciona assim:o universo começou com o big bang, que foi seguido por um período de expansão lenta e acúmulo gradual de energia escura. É aqui que estamos hoje. O que acontece a seguir é altamente especulativo, mas Steinhardt e Turok acreditam que a energia escura continuará a se acumular e, como faz, vai estimular a aceleração cósmica. O universo nunca vai parar de se expandir, mas se espalhará por trilhões de anos, esticando toda a matéria e energia a tal extremo que nosso único universo será separado em múltiplos universos. Dentro desses universos, a misteriosa energia escura se materializará em matéria normal e radiação. Isso vai desencadear outro big bang - talvez vários deles - e outro ciclo de expansão.
Se você está desconcertado com toda essa conversa sobre trituração e expansão, você pode se consolar em saber que o destino do universo não será determinado por bilhões, talvez até trilhões, de anos. Isso dá a você muito tempo para se concentrar em coisas que são um pouco mais certas, como o seu próprio ciclo de vida de nascimento, crescimento e morte.
Originalmente publicado:2 de março de 2009
