p Uma sugestão renovada de que a energia escura pode não ser real - dispensando 70% das coisas no universo - reacendeu um debate antigo. p A energia escura e a matéria escura são invenções teóricas que explicam observações que não podemos entender de outra forma.

p Na escala das galáxias, a gravidade parece ser mais forte do que podemos explicar, usando apenas partículas capazes de emitir luz. Portanto, adicionamos partículas de matéria escura como 25% da massa-energia do Universo. Essas partículas nunca foram detectadas diretamente.

p Nas escalas maiores em que o Universo está se expandindo, a gravidade parece mais fraca do que o esperado em um universo contendo apenas partículas - sejam matéria comum ou escura. Então, adicionamos "energia escura":uma força anti-gravidade fraca que atua independentemente da matéria.

p Breve história da "energia escura"

p A ideia de energia escura é tão antiga quanto a própria relatividade geral. Albert Einstein o incluiu quando aplicou pela primeira vez a relatividade à cosmologia, há exatamente 100 anos.

p Einstein erroneamente quis equilibrar exatamente a autoatração da matéria pela antigravidade nas escalas maiores. Ele não conseguia imaginar que o Universo teve um começo e não queria que mudasse com o tempo.

p Quase nada se sabia sobre o Universo em 1917. A própria ideia de que as galáxias eram objetos a grandes distâncias foi debatida.

p Einstein enfrentou um dilema. A essência física de sua teoria, conforme resumido décadas depois na introdução de um livro famoso é:

p A matéria diz ao espaço como curvar, e o espaço diz à matéria como se mover.

p Isso significa que o espaço naturalmente quer se expandir ou se contrair, curvando-se junto com a matéria. Nunca fica parado.

p Isso foi realizado por Alexander Friedmann, que em 1922 manteve os mesmos ingredientes de Einstein. Mas ele não tentou equilibrar a quantidade de matéria e energia escura. Isso sugeriu um modelo no qual universos que poderiam se expandir ou contrair.

p Avançar, a expansão sempre desaceleraria se apenas a matéria estivesse presente. Mas poderia acelerar se a energia escura antigravitante fosse incluída.

p Desde o final da década de 1990, muitas observações independentes parecem exigir essa expansão acelerada, em um universo com 70% de energia escura. Mas essa conclusão é baseada no antigo modelo de expansão que não mudou desde a década de 1920.

p Modelo cosmológico padrão

p As equações de Einstein são terrivelmente difíceis. E não simplesmente porque há mais deles do que na teoria da gravidade de Isaac Newton.

p Infelizmente, Einstein deixou algumas questões básicas sem resposta. Isso inclui - em que escalas a matéria diz ao espaço como curvar? Qual é o maior objeto que se move como uma partícula individual em resposta? E qual é a imagem correta em outras escalas?

p Esses problemas são convenientemente evitados pela aproximação de 100 anos - introduzida por Einstein e Friedmann - que, na média, o Universo se expande uniformemente. Como se todas as estruturas cósmicas pudessem ser colocadas em um liquidificador para fazer uma sopa sem características.

p Essa aproximação homogeneizante foi justificada no início da história cósmica. Sabemos, pelo fundo cósmico de microondas - a radiação residual do Big Bang - que as variações na densidade da matéria eram minúsculas quando o Universo tinha menos de um milhão de anos.

p Mas o universo é não homogêneo hoje. A instabilidade gravitacional levou ao crescimento de estrelas, galáxias, aglomerados de galáxias, e, eventualmente, uma vasta "teia cósmica", dominado em volume por vazios cercados por camadas de galáxias e entremeados por filamentos finos.

p Na cosmologia padrão, assumimos uma expansão de fundo como se não houvesse estruturas cósmicas. Em seguida, fazemos simulações de computador usando apenas a teoria de Newton de 330 anos. Isso produz uma estrutura semelhante à teia cósmica observada de uma forma razoavelmente atraente. Mas requer a inclusão de energia escura e matéria escura como ingredientes.

p Mesmo depois de inventar 95% da densidade de energia do universo para fazer as coisas funcionarem, o próprio modelo ainda enfrenta problemas que variam de tensões a anomalias.

p Avançar, a cosmologia padrão também fixa a curvatura do espaço para ser uniforme em todos os lugares, e desacoplado da matéria. Mas isso está em desacordo com a ideia básica de Einstein de que a matéria diz ao espaço como se curvar.

p Não estamos usando toda a relatividade geral! O modelo padrão é melhor resumido como: Friedmann diz ao espaço como curvar, e Newton diz ao assunto como se mover.

p Digite "reação reversa"

p Desde o início dos anos 2000, alguns cosmologistas têm explorado a ideia de que, embora as equações de Einstein liguem a matéria e a curvatura em pequenas escalas, sua média em grande escala pode dar origem a uma reação reversa - expansão média que não é exatamente homogênea.

p As distribuições de matéria e curvatura começam quase uniformes quando o universo é jovem. Mas à medida que a teia cósmica emerge e se torna mais complexa, as variações da curvatura em pequena escala aumentam e a expansão média pode diferir daquela da cosmologia padrão.

p Os resultados numéricos recentes de uma equipe em Budapeste e no Havaí que afirma dispensar a energia escura usaram simulações newtonianas padrão. Mas eles desenvolveram seu código para frente no tempo por um método não padrão para modelar o efeito de reação reversa.

p Curiosamente, a lei de expansão resultante se ajusta aos rastreamentos de dados do satélite Planck muito próximos de um modelo de retroação baseado na relatividade geral de dez anos, conhecido como cosmologia timescape. Ele postula que temos que calibrar relógios e réguas de maneira diferente quando consideramos variações de curvatura entre galáxias e vazios. Por uma coisa, isso significa que o Universo não tem mais uma era.

p Na próxima década, experimentos como o satélite Euclid e o experimento CODEX, terá o poder de testar se a expansão cósmica segue a lei homogênea de Friedmann, ou um modelo alternativo de reação reversa.

p Para estar preparado, é importante que não coloquemos todos os nossos ovos em uma cesta cosmológica, como Avi Loeb, Cadeira de Astronomia em Harvard, avisou recentemente. Nas palavras de Loeb:

p Para evitar a estagnação e nutrir uma cultura científica vibrante, uma fronteira de pesquisa deve sempre manter pelo menos duas formas de interpretar os dados para que novos experimentos tenham como objetivo selecionar a correta. Um diálogo saudável entre diferentes pontos de vista deve ser promovido por meio de conferências que discutam questões conceituais e não apenas resultados experimentais e fenomenologia, como freqüentemente é o caso atualmente.

p O que a relatividade geral pode nos ensinar?

p Embora a maioria dos pesquisadores aceite que os efeitos de reação reversa existem, o verdadeiro debate é se isso pode levar a uma diferença de mais de 1% ou 2% do orçamento de massa-energia da cosmologia padrão.

p Qualquer solução de reação reversa que elimine a energia escura deve explicar por que a lei da expansão média parece tão uniforme, apesar da não homogeneidade da teia cósmica, algo que a cosmologia padrão assume sem explicação.

p Uma vez que as equações de Einstein podem, em princípio, fazer o espaço se expandir de maneiras extremamente complicadas, algum princípio de simplificação é necessário para sua média em grande escala. Essa é a abordagem da cosmologia do timescape.

p Qualquer princípio de simplificação para médias cosmológicas provavelmente terá suas origens no Universo primitivo, dado que era muito mais simples do que o Universo hoje. Nos últimos 38 anos, modelos de universo inflacionário foram invocados para explicar a simplicidade do Universo primitivo.

p Embora tenha sucesso em alguns aspectos, muitos modelos de inflação são agora descartados pelos dados do satélite Planck. Aqueles que sobrevivem dão dicas tentadoras de princípios físicos mais profundos.

p Muitos físicos ainda veem o Universo como um continuum fixo que passa a existir independentemente dos campos de matéria que nele vivem. Mas, no espírito da relatividade - que o espaço e o tempo só têm significado quando são relacionais - podemos precisar repensar as ideias básicas.

p Uma vez que o próprio tempo é medido apenas por partículas com uma massa de repouso diferente de zero, talvez o espaço-tempo como o conhecemos apenas emerge quando as primeiras partículas massivas se condensam.

p Seja qual for a teoria final, provavelmente irá incorporar a inovação chave da relatividade geral, ou seja, o acoplamento dinâmico de matéria e geometria, no nível quântico. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.