Pilares teóricos do Big Bang

A teoria do Big Bang apoia-se solidamente em dois fundamentos teóricos: a relatividade geral e o princípio cosmológico.

Por que os objetos caem no chão? O que nos prende à Terra? Qual é a explicação para as órbitas dos planetas ao redor do Sol? Enfim, o que faz com que os corpos sejam atraídos uns pelos outros?

O primeiro a propor uma teoria consistente sobre a gravidade foi Isaac Newton, em 1680, e seu modelo tornou-se o paradigma dominante e indiscutível por mais de dois séculos. Mesmo nos dias atuais, ainda é o mais adotado na maioria das situações práticas da vida humana.

De fato, a chamada mecânica newtoniana continua bem presente nos cálculos que fundamentam nossas obras arquitetônicas e de engenharia, na indústria de veículos, inclusive jatos supersônicos, e até em projetos de astronaves, dentre outras múltiplas aplicações.

Porém, se formos mais a fundo, constataremos que a teoria de Newton é bem restritiva, pois funciona apenas para corpos em repouso ou em velocidades muito pequenas em relação à velocidade da luz.

A teoria da relatividade geral, publicada por Albert Einstein em 1915, introduziu uma nova e surpreendente visão da gravitação universal.

Newton considerava o tempo como um ente absoluto, independente do espaço. Com a relatividade, o tempo se agrega ao espaço de três dimensões, formando o espaço-tempo quadridimensional.

Einstein deixou de lado o conceito de campo gravitacional, explicando a gravidade como efeito de distorções do tempo e do espaço por si mesmos. O físico norte-americano John Wheeler expressou bem essa ideia ao dizer: "o espaço-tempo induz a matéria a se mover e a matéria induz o espaço-tempo a se curvar".

De imediato, a teoria já foi capaz de explicar peculiaridades da órbita de Mercúrio e a curvatura da luz solar, ambas incompreensíveis pela teoria de Newton. Ao longo do tempo, a relatividade geral foi sendo confirmada por uma série de rigorosos experimentos.

O modelo fornece equações cujo desenvolvimento levaram à conclusão de que o universo está se expandindo. Todavia, a princípio, Einstein não aceitava esse fato, embora sua própria teoria o demonstrasse.

Por isso, o autor da relatividade acrescentou a suas equações originais um novo componente, chamado de constante cosmológica, que equilibrava as coisas de modo a garantir um universo eternamente estático. A grandeza passou a compor as equações de campo da teoria, representada por Λ (lambda). Mais tarde, ele afirmaria ter sido este o seu "maior erro".

Ironicamente, a constante cosmológica retornaria ao cenário científico associada à misteriosa energia escura que, como veremos nos próximos artigos desta série, é responsável por acelerar a expansão do universo.

Com o advento da relatividade geral, alguns cientistas, inclusive Einstein, começaram a tentar aplicar a nova dinâmica gravitacional ao universo como um todo, e isso trouxe à tona a necessidade de uma suposição sobre como a matéria se encontra nele distribuída.

Contínuas observações astronômicas, em escalas cada vez maiores, vêm demonstrando que o universo, em suficientemente larga escala, tem uma aparência idêntica em qualquer região observada (homogeneidade), seja qual for a direção da observação (isotropia).

Isto significa que, em larga escala, o universo é homogêneo e isotrópico. Este é o princípio cosmológico, outro importante suporte teórico do Big Bang.

A teoria da relatividade geral e o princípio cosmológico são sólidos argumentos teóricos em favor do Big Bang. Além disso, há evidências experimentais que corroboram o modelo. Continue lendo...