COMO PODE OCORRER O BIG BANG? Por Nelson Magrini
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
Mensagempor Fayman » 12 Dez 2005, 10:08
Apesar de tudo o que já descutimos e postamos por aqui, os mesmos velhos "argumentos" se repetem e, como sempre, demonstram a falta de conhcimento apropriado sobre o tema.
GRIFO MEU
Em função disso, resolvi publicar novamente este tópico do antigo RV. Preferi manter as divisões em partes, como originalmente apresentado, muito embora aqui estão todas de uma vez.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
UMA INTRODUÇÃO
Há uns tempos atrás, aqui no fórum, o participante Pensador colocou uma série de postagens nas quais ele levantava uma questão muito interessante e pertinente, que podemos traduzir da seguinte maneira:
Se o universo, conforme a teoria do Big Bang, iniciou-se em uma singularidade, como foi que ele “explodiu” ou entrou em expansão, uma vez que , como todos sabemos, em uma singularidade, tal qual a supostamente existente no centro de um Buraco Negro, a força de gravidade é tão absolutamente intensa que nada consegue lhe escapar, nem mesmo a luz?
Como poderia alguma coisa expandir em um ambiente desses? Como poderia, tal como afirma a teoria, aquela singularidade ter dado origem ao universo que hoje observamos?
Realmente, é uma pergunta bastante capciosa, e é, inclusive, utilizada até hoje como “prova”, pelos criacionistas, de que o Big Bang é uma fraude e nunca ocorreu.
O Pensador, ao raciocinar sobre esta questão, percebeu aquilo que, a primeira vista, parece óbvio, de que tal explosão e/ou expansão jamais poderia ter acontecido em uma região assim dominada absolutamente pela Gravidade.
A partir dessa observação, ele concluiu que somente poderia ter ocorrido uma expansão por meio daquilo que ele denominou de “vontade de uma força externa”, a qual ele imediatamente associou a deus, inclusive, propondo que tal argumento era uma prova indubitável da existência de deus.
Bom, eu não pretendo ir tão longe, inclusive porque, se faz desnecessário apelar para a existência de um ser sobrenatural, onipotente e externo ao universo.
Comecemos com algumas análises simples.
Primeiramente, se o cenário descrito pelas equações da Relatividade Geral apontam para uma singularidade primordial, com certeza existiu alguma coisa que diferenciou essa singularidade das singularidades dos Buracos Negros.
Mas o que, realmente, significa o termo Singularidade e o que ele descreve?
Singularidade, em termos matemáticos, e é nesses termos que nos interessa, descreve um ponto em que uma Função apresenta descontinuidade e cujo valor da Função, nesse ponto, torna-se infinito.
O exemplo mais conhecido de uma singularidade matemática é a Tangente de 90o.
O termo Singularidade usado em Física, deriva, exatamente, de uma singularidade matemática descoberta nas Equações de Einstein da Relatividade Geral.
No ano de 1916, logo após a apresentação da Relatividade Geral por Einstein, e durante a Primeira Guerra Mundial, um matemático alemão, Karl Schwartzchild, tenente do exército alemão, começou a brincar com um novo passatempo, pelo menos do ponto de vista de um matemático, ou seja, passou a manipular avidamente as equações da nova Teoria da Relatividade Geral.
Schwartzchild queria demonstrar matematicamente como a Gravidade atuava ao redor e no interior de estrelas.
Entretanto, ao fazer os cálculos, ele descobriu que a teoria só parecia funcionar para estrelas que possuíssem um raio superior a um determinado valor crítico.
Caso, nas equações, ele mantivesse a massa da estrela, mas associasse a ela um raio menor do que esse percebido limite, ou seja, apresentasse um sistema em que muita massa estivesse concentrada em um volume muito pequeno, o que aumentava, drasticamente, a densidade do objeto em questão, os resultados apresentados pela solução de Einstein simplesmente deixavam de ter sentido.
Em palavras mais técnicas, em tal condição, algumas componentes do Tensor de Curvatura de Riemann, que dão a Curvatura do Espaço-Tempo em função da Densidade de Massa-Energia, tomavam valores infinitos. Em outras palavras, uma singularidade matemática.
Apesar do impacto que tal demonstração causou na Comunidade Científica – Schwartzchild não sobreviveu à guerra para ver tais resultados – e depois que foi verificado que tanto os cálculos de Schwartzchild estavam corretos, bem como a teoria, tudo se apaziguo por um tempo, com os físicos acreditando que deveria existir alguma coisa na Natureza que impediria que uma estrela chegasse a um tamanho menor que o seu correspondente raio crítico, também conhecido como Raio de Schwartzchild.
Como curiosidade, o Raio de Schwartzchild, para uma estrela com massa equivalente ao Sol, é de 6 km de diâmetro.
Porém, as coisas não ficaram tranqüilas por muito tempo e, pouco depois, percebeu-se que a Teoria da Evolução Estelar permitia que Astros Gigantes, depois de terem consumidos seus combustíveis nucleares, e muitos deles podendo até explodir em uma Supernova, puderiam se comprimir e atingir um tamanho menor que o Raio de Schwartzchild.
Todo o problema começa a partir desse ponto.
Até então, conforme as descobertas matemáticas de Schwartzchild, as equações da Relatividade mostravam teoricamente que nada impediria o total colapso da matéria, criando aquilo que mais tarde viria a ser chamado de Buraco Negro, cuja velocidade de escape, a partir de uma determinada distância de seu centro era maior que a Velocidade da Luz, e em cujo centro haveria...
Haveria o quê? Essa era a questão.
O que as equações mostravam, ou melhor, deixavam de mostrar, era que deveria haver, no centro de um Buraco Negro, uma região na qual aquelas algumas componentes do Tensor de Curvatura de Riemann apresentavam os valores infinitos, ou seja, pontos de Singularidade.
Mas o que se poderia dizer agora, que se estava falando de estrelas e corpos materiais reais e não de sutilezas matemáticas?
De acordo com a teoria, assim que a estrela ou corpo maciço atingisse o Raio de Schwartzchild, ela passaria a se comprimir cada vez mais, sem que nada pudesse detê-la, até termos, literalmente, um ponto real no Espaço-Tempo com Volume Zero e Densidade Infinita.
À essa condição foi dado o mesmo nome de Singularidade, o equivalente físico ao da matemática.
Aqui cabem algumas considerações:
O termo REAL aplicado ao ponto de Densidade Infinita e Volume Zero do Espaço-Tempo pode ser muito discutível, uma vez que, ainda conforme a Relatividade Geral, nunca poderíamos ter contato com tal região permanecendo fora do Buraco Negro.
Pra sermos mais exatos, é definido um horizonte imaginário, a partir do qual, a velocidade de escape em relação ao Buraco Negro é maior que a da Luz, conhecido como Horizonte de Eventos, assim chamado porque, todo e qualquer corpo que ultrapasse essa linha não mais pode influenciar eventos que ocorrerem em nosso Universo, ou seja, do lado de fora do Buraco Negro.
Para todos os efeitos, toda a informação se perde a partir do Horizonte de Eventos, portanto, não podemos afirmar, com segurança, o que exatamente se passa no interior de um Buraco Negro, ou mesmo, se a Singularidade existe de fato.
A questão da Informação Perdida é mais complicada, tendo sofrido algumas alterações recentemente, mas deixaremos esta questão fora de nossa análise, por hora, e, se necessário, voltaremos à ela posteriormente.
Desde os resultados de Schwartzchild, sabe-se que as equações da Relatividade Geral deixam de fazer sentido no interior de Buracos Negros, tendo-se, possivelmente, alcançado os limites de aplicação da teoria, sendo necessário substituí-la por uma versão quântica, ou seja, um casamento entre a Relatividade e a Mecânica Quântica, numa Teoria Quântica da Gravidade.
Ainda hoje, não foi possível se conseguir uma tal unificação, mas alguns físicos, como Stephen Hawking, conseguiram alguns pontos de intersecção entre as duas teorias, o que mostrou efeitos não previstos pela Relatividade.
Com essa linha de trabalho, Hawking mostrou que Buracos Negros não eram exatamente negros, e que emitiam uma débil radiação, proporcional ao inverso de sua massa.
Especula-se que outros Efeitos Quânticos podem mesmo impedir que o colapso chegue até o dito ponto singular, mas para tanto, teremos que esperar ainda pela nova teoria e novos estudos.
Seja como for, a Singularidade do Buraco Negro surge quando matéria é comprimida abaixo de um determinado raio e, a partir daí, a gravidade comprime inexoravelmente o objeto até, literalmente, o nada.
Porém, será a Singularidade Inicial exatamente igual à Singularidade do Buraco Negro? Se sim, como ela expandiu?
Por hora, podemos supor algumas coisas, sendo a mais óbvia, a existência de alguma coisa que fez a Singularidade Inicial expandir. Se essa alguma coisa pode, de fato, impedir o aparecimento de Singularidades ou o colapso total, isso é algo que não sabemos.
A partir da próxima parte, passaremos a ver a dinâmica de como foi possível o Big Bang.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
ADENDO
AS MÚLTIPLAS DIMENSÕES DO ESPAÇO-TEMPO
Genericamente, se diz que uma dimensão é uma extensão em qualquer sentido.
Para se explicar o que são dimensões, creio ser mais produtivo trabalhar com exemplos, é mais intuitivo e prático.
Primeiramente, podemos dizer que uma dimensão é uma extensão espacial.
Por exemplo, uma linha nada mais seria do que um “espaço” de uma dimensão.
Já uma folha de papel, perfeitamente fina, representaria um plano, que é um espaço de duas dimensões, largura e comprimento.
Aqui já percebemos que as dimensões que compõem um espaço, podem ser representadas por retas infinitas perpendiculares entre si, e que indicam as direções possíveis dentro do espaço tomado.
Na linha, ou em um espaço de uma dimensão, a direção possível é para frente – para trás, somente, não há outra opção.
Já no nosso plano, além de para frente – para trás, temos mais uma opção, que seria para direita – para esquerda.
Às duas retas perpendiculares entre si do plano, podemos traçar uma terceira, a altura e, com isso, definimos um espaço de três dimensões, ao mesmo tempo em que ganhamos mais mobilidade, passando a ter, além das duas direções do plano, mais uma, a para cima – para baixo.
O espaço de três dimensões é o nosso espaço ordinário, ou cotidiano de nossa vida do dia a dia.
Ou pelo menos era, até 1907, se não me engano.
Com o desenvolvimento da Física, mais precisamente, com a Mecânica Newtoniana e o estabelecimento das Leis dos Movimentos, o Espaço, assim como o Tempo, faziam apenas papel de “figurantes de fundo”, ao mesmo tempo em que eram considerados separados e absolutos, ou seja, a condição de movimento de um observador não influía nas medidas espaciais ou temporais. Em outras palavras, todo observador, independente de sua condição de movimento, registrava o mesmo “passar do Tempo” ou “cadência do Tempo”, e media a mesma distância entre dois pontos.
Porém, com o advento da Relatividade Restrita, Einstein demonstra matematicamente o que já era conhecido na prática (sem entrar no mérito se Einstein já possuía conhecimento desses experimentos ou não) que a velocidade da luz no vácuo é constante para qualquer observador, independente de seus estados de movimento.
Esse fato muda radicalmente a maneira como vemos o Espaço e o Tempo. Na Mecânica de Newton, supunha-se, como vimos, que Espaço e Tempo eram absolutos; o que variava era a velocidade, uma relação entre espaço percorrido em um determinado tempo. As velocidades de deslocamento variavam conforme o estado de movimento do observador, ou seja, eram relativas ao estado de movimento do observador.
A partir de momento em que a velocidade é que se torna uma constante em relação aos observadores, obrigatoriamente, espaço e tempo tornam-se relativos.
Este ponto colocou por terra a concepção de Espaço e Tempo absolutos, mas o melhor ainda estava por vir.
Em 1907, Hermann Minkowski, antigo professor de Einstein, notou que essas novas transformadas de coordenadas, em substituição às transformadas de Galileu da Mecânica Newtoniana, eram equivalentes a rotações em um espaço de dimensionalidade superior, na realidade, um contínuo que reunia o Espaço e o Tempo,com quatro, e não mais três, dimensões, sendo que o tempo passava a ser uma componente dimensional.
Em outras palavras, se fôssemos representar o Tempo por uma reta, esta seria perpendicular às outras três.
Para nós, é impossível imaginar quatro retas perpendiculares entre si, mas é facilmente possível de se trabalhar com tais espaços superiores matematicamente.
Seguem alguns links para uma leitura sobre a Relatividade, o Espaço-Tempo Quadrimensional e Minkowski
http://www.pcarv.pro.br/biografias/herm ... kowski.htm
http://jaf.tripod.com.br/ciencia/relatividade.htm
http://www.if.ufrgs.br/~betz/space_time/defin.html
http://www.fisica.ufpb.br/port/artigoCRF.htm
O escopo apresentado é o que a Física atual trabalha e considera comprovado.
Existem outros trabalhos que partem para um número maior de dimensionalidade do Espaço-Tempo e a origem disso é um fato curioso.
A Física de Partículas, que procura a Unificação das Forças Fundamentais percebeu, a muito tempo, que com a introdução de outras dimensões, era possível de se conseguir essa unificação.
Não pretendo me estender por hora sobre este assunto, até mesmo porque, ele merece um tópico inteiro próprio, o que poderei fazer no futuro.
A título de curiosidade, hoje se discute muito se o universo teria 10 ou 11 dimensões, número requerido para que as modernas teorias unificadas possuam simplicidade, simetria, etc, mas ainda não existe uma comprovação física de que isso seja um fato, estando firmemente no campo teórico.
DIMENSÕES E TOLICES
O termo Dimensão gera muita confusão com o pessoal não técnico, explorado, principalmente, por místicos, profetas da nova-era e mesmo, “vigaristas científicos”, pessoas que só falam ficção com o intuito de se mostrarem como gênios perante as pessoas leigas.
É comum se falar em “habitantes de outra dimensão”.
Aqui o termo é empregado como um lugar diferente do nosso universo e, seja na ficção-científica, seja em seitas ou religiões espíritas, etc, a imagem mais apropriada é de um “universo paralelo”
O mesmo se aplica em relação às “dimensões astrais”, “dimensões espirituais”, etc.
Outro ponto muito comum, é alguém afirmar que “pode viajar pela quarta dimensão” (não estou levando em consideração de que o tempo é a quarta dimensão, poderia ser uma qualquer).
A questão é que, para se “viajar” ou se locomover por uma quarta dimensão, deveríamos ter quatro dimensões, deveríamos enxergá-las e ter acesso a ela. Em outras palavras, deveríamos ser seres quadrimensionais, de um universo quadrimensional, no qual existiria um universo tridimensional, com seres tridimensionais, imerso.
Dessa maneira, poderíamos ter acesso a esse universo imerso 3D, através da quarta dimensão.
Levantar a possibilidade de se “viajar” através de uma quarta dimensão é tão idiota quanto afirmar que podemos “viajar” somente no comprimento, desconsiderando-se a largura e a altura! Isso simplesmente é impossível, uma vez que somos 3D!
Portanto, esse tipo de afirmação, ou suposição, é uma bobagem total.
E finalmente, se um dia o universo se revelar ter, por exemplo, 10 dimensões, nós seríamos seres com 10 dimensões, pouco importando se 6 delas estão de um tamanho minúsculo. Se ele se revelar tendo 30 dimensões, seremos seres de 30 dimensões!
Ter a imagem de que somos seres 4D e que, se nosso universo for 10D, pode haver seres 6D é totalmente errado.
Vale dizer que tudo o que conhecemos no universo é 3D (se desconsiderarmos o Tempo). A única coisa 2D que conhecemos é a sombra.
Aqui cabe uma explicação. Tudo o que pode se deslocar em 3D, é 3D, portanto, mesmo pontual (que em geometria seria destituído de dimensão), as partículas elementares apresentam um comportamento 3D, algo muito diferente da sombra.
Algo 2D só pode se deslocar em planos e é exatamente o que acontece com a sombra. Basta olhar para a nossa própria. Ela pode estar numa parede e, conforme você anda, ela se desloca para o chão (ou teto, dependendo da posição da fonte de luz) e depois se desloca para a outra parede, mas ela não se movimentou pelo espaço livre entre as paredes; ela só fará isso, se eu colocar um anteparo no vão entre as paredes, ou em outras palavras, eu definir um plano para ela se movimentar.
É curioso perceber que o nosso movimento em linha reta, de uma parede à outra, pelo espaço do vão entre as paredes, obrigou a sombra executar uma série de movimentos estranhos, alterando por duas vezes seu plano de movimento.
Esta simples constatação já rendeu inúmeros profetas que apregoavam que nós seríamos, apenas, sobras tridimensionais de seres quadrimensionais, invisíveis à nossa consciência limitada.
Se isto lembra alguma coisa a alguém, pode ter certeza de que não é mera coincidência; você já escutou bobagem semelhante em algum lugar.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 1
O PARADOXO DA GÊNESE
“O Universo se iniciou em uma grande explosão!”
Quem nunca ouviu ou leu essa frase acima? Pois é, ela reflete uma maneira simplista de se referir à teoria do Big Bang, ou simplesmente Big Bang, termo cunhado por Fred Hoyle, com intuito de ser pejorativo (Hoyle defendia uma teoria rival, a do Estado Estacionário) mas que acabou por se consolidar.
O problema com essa frase começa quando pensamos um pouco mais profundamente em seu significado.
Do ponto de vista puramente físico, esse início súbito e explosivo do Universo é, de certo modo, paradoxal.
A Física conhece apenas quatro forças fundamentais na Natureza e, dessas forças, somente a Gravidade se manifesta sistematicamente à escala cósmica, mas a Gravidade é uma força sempre atrativa, ou seja, é uma força de coesão.
Todavia, é impossível de se conceber a assim chamada Explosão Inicial ou Primordial sem a atuação de uma força repulsiva inimaginavelmente poderosa, capaz de separar as diferentes partes do cosmo e conservá-lo em expansão até os tempos atuais.***
*** recentemente, confirmou-se que o Universo está sofrendo uma aceleração em sua expansão, fato que não levaremos em conta no momento. Isso em nada alterará o que aqui será mostrado.
Temos dois pontos conflitantes aqui. O primeiro diz respeito que um Universo governado pela Gravidade, não deveria se expandir e sim, contrair-se. O segundo ponto diz respeito à Singularidade Inicial e sua similaridade com uma Singularidade de um Buraco Negro, onde a força gravitacional seria, via equações da Relatividade Geral, infinita.
Como a Gravidade é uma força atrativa, uma estrela muito compacta, como vimos na Introdução, se torna, com a sua evolução e queima de combustível nuclear, incapaz de resistir ao seu “próprio peso” e se contrai até formar um Buraco Negro.
Vale lembrar que a Densidade de Matéria no Universo primordial era muitíssimo superior à das estrelas mais densas, portanto, deve ter existido um mecanismo que impediu o Universo de se tornar um Buraco Negro logo em seu nascimento.
Na teoria padrão do Big Bang, a resposta tradicional para essa questão sempre deixou margens para dúvidas. O que se argumentava era que a explosão primordial deveria ser aceita como uma condição inicial, com uma taxa de expansão de valor infinito no instante zero.
Em outras palavras, nenhuma força havia provocado a explosão; simplesmente, tudo começara com uma expansão inicial com taxa infinita.
Essa era uma condição muito peculiar, muito específica, uma vez que, se a intensidade da explosão tivesse sido menor, logo cedo a gravidade teria vencido a expansão, levando o Universo recém formado a uma contração catastrófica, fazendo-o implodir em um Buraco Negro.
Dessa forma, teríamos que admitir que essa condição tão específica, tão cuidadosamente acurada, se devia exclusivamente ao acaso.
O ponto fraco dessa imagem tradicional era que ela não fornecia qualquer explicação para a ocorrência do Big Bang. Tínhamos apenas a situação de associar uma propriedade fundamental do Universo a uma Condição Inicial ad hoc, ou seja, o Big Bang “aconteceu” e fim.
O modelo tradicional deixa de responder questões fundamentais, ou seja, porque o Big Bang ocorreu? Quais as suas razões? Por que motivo sua expansão se deu da maneira que deu, não mais ou menos intensa?
O Princípio Antrópico apenas nos diz que, se as coisas tivessem sido diferentes, não estaríamos aqui para observá-las, mas neste caso, tal resposta dificilmente será considerada satisfatória.
Ao se examinar esta questão com mais atenção, notaremos que o Paradoxo da Gênese é ainda mais profundo.
Ao se procurar determinar a taxa de expansão, vemos que seu valor se encontra muito próximo de um valor crítico, para além do qual, toda a matéria cósmica já teria há muito se dispersado completamente, e abaixo do qual, entraria em colapso.
É curioso percebermos quão preciso foi o ajuste na Taxa de Expansão para o Universo se situar, exatamente, na fronteira entre duas catástrofes, qualquer uma das quais inviabilizaria a nossa existência.
Se um segundo após o Big Bang, momento em que o regime de expansão já estava determinado, a Taxa de Expansão tivesse diferido de um fator de um pouco mais do que 10 elevado a menos 18, o equilíbrio no Cosmo teria sido destruído.
Dessa forma, concluímos que o vigor explosivo do Universo se iguala quase que perfeitamente com o poder de sua atração gravitacional, ou seja, o Big Bang foi uma deflagração de uma amplitude cuidadosamente calculada.
Em sua versão tradicional, a teoria não só nos pede que a explosão não somente se deu, mas que também foi muito bem planejada.
De fato, sob esses aspectos, as Condições Iniciais deveriam ter sido muito especiais.
Veremos a seguir que a Taxa de Expansão é apenas um dentre vários fenômenos cósmicos aparentemente milagrosos.
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PARTE 2
Como vimos antes, a Taxa de Expansão é apenas um dentre vários fenômenos cósmicos aparentemente “milagrosos”. O modo como a expansão se deu também o é.
O Universo que observamos atualmente é extraordinariamente uniforme em grande escala, no que se refere à Distribuição de Matéria e da Energia.
Do ponto de vista de uma galáxia distante, a estrutura global do Cosmo seria fundamentalmente a mesma que vemos da Terra.
As galáxias se distribuem com uma Densidade Média e o Universo é Isotrópico, ou seja, o mesmo, aparentemente igual, em cada ponto.
A Radiação Térmica Primordial, *** que banha o Universo, tem uma Isotropia superior a uma parte em 10.000, ou seja, possui rigorosamente a mesma temperatura, qualquer que seja a direção de onde provenha.
Essa Radiação de Fundo percorreu milhares de milhões de anos-luz até atingir a Terra e deveria, portanto, transportar as marcas de qualquer desvio da uniformidade que encontrasse pelo caminho.
*** A Radiação Térmica Primordial é uma das provas mais conclusivas de que o Big Bang realmente ocorreu, o que significa que nosso Universo, de fato, passou por uma fase de extrema compressão e altíssima temperatura.
Criacionistas em geral, cientistas ou não, não sabem disso, ou fingem que não sabem, numa postura bastante típica.
A Uniformidade do Universo em grandes escalas se conserva à medida que ele expande, donde se conclui que a própria expansão de ser extremamente uniforme.
A taxa de expansão não só é a mesma em todas as direções, como não varia de lugar para lugar.
Isso é facilmente comprovado, pois se o Universo se expandisse mais rapidamente em uma determinada direção, não só a temperatura da Radiação Térmica de Fundo, vinda dessa direção específica, seria mais baixa que o restante, bem como o movimento das galáxias nessa direção, pareceria distorcido, quando visto da Terra, fato que não ocorre em nenhum ponto do Universo.
Pelo que tudo indica, a explosão que deu origem ao Universo, não só teve uma amplitude incrivelmente precisa, como se deu de uma forma perfeitamente ordenada, uniforme e isotrópica.
Mas não paramos por aqui. Como se uma deflagração coerente e sincronizada não fosse já suficientemente improvável, a teoria tradicional do Big Bang tem como conseqüência regiões distintas do cosmo primordial terem ficado casualmente isoladas.
Como sabemos, conforme a Teoria da Relatividade, nenhuma ação física pode se propagar com velocidade superior à da luz. Conseqüentemente, para que duas regiões do Universo estejam casualmente ligadas, isto é, elas podem se influenciar mutuamente, é necessário que decorra um certo intervalo de tempo.
Por exemplo, 1 segundo após a criação, a luz poderia ter percorrido, no máximo, a distância de 1 segundo-luz, ou seja, 300.000 km, o que nos leva a concluir, muito facilmente, que regiões separadas por distâncias superiores a esta, não exerceriam, para t=1 s, qualquer influência uma sobre as outras.
Todavia, sabemos que o Universo, à essa altura, tinha um diâmetro de no mínimo 10 elevado a um fator de 24 km, o que nos deixa com, pelo menos, 10 elevado a um fator de 27 regiões casualmente isoladas, expandindo-se, porém, exatamente da mesma maneira.
Ao observarmos hoje, a Radiação Térmica de Fundo, estamos recebendo mensagens idênticas de regiões separadas por distâncias 90 vezes maiores do que a Luz poderia ter percorrido quando essa radiação foi emitida.
Como seria possível explicar essa fantástica cooperação entre partes distintas do Universo que aparentemente nunca estiveram em contato?Como terá sido possível uma coincidência única para que tivessem adquirido comportamentos tão semelhantes?
Tradicionalmente, dentro da teoria padrão do Big Bang, recorre-se, uma vez mais, às Condições Iniciais Especiais, cada vez mais milagrosas.
Não é de se admirar que esta versão arcaica do Big Bang é tão defendida por religiosos em geral para “demonstrar sem sombra de dúvidas” que deus existe. Somente um “operador externo”, um “engenheiro engenhoso” poderia ter calibrado as Condições Iniciais tão fantasticamente precisas, o que, obviamente, demonstra não só uma inteligência criadora, bem como um propósito muito bem fundamentado por trás do Universo.
Essa visão sonhadora e mística é ainda mais reforçada quando inferimos que a uniformidade em grande escala do Universo é ainda mais misteriosa se nos lembrarmos que, a uma escala menor, o Universo não é uniforme.
Isso é facilmente perceptível, bastando para tanto, olharmos para o universo com um telescópio. Através dele, percebemos a existência de galáxias e grupo de galáxias que assinala um desvio da uniformidade perfeita.
Porém, mesmo esse desvio, apresenta uma regularidade impressionante, ou seja, o mesmo valor em todas as partes.
Uma vez que a gravidade tende a desenvolver qualquer aglomerado inicial de matéria, o grau de não uniformidade, indispensável à formação das galáxias, era muito menor durante o Big Bang do que na atualidade.
Todavia, teve de existir alguma irregularidade no Universo Primitivo para que as galáxias começassem a se formar.
Na velha teoria do Big Bang, mais uma vez, essas irregularidades eram explicadas à base de Condições Iniciais Especiais. Mais uma vez, tal cenário reforçava e dava sustentabilidade à imaginação mística e religiosa.
Em resumo, se dispusermos, como supomos no início, apenas da Força de Atração Gravitacional, somo obrigados a aceitar o Big Bang como uma verdade revelada, uma Condição Inicial imposta, além do fato de que ele foi extremamente bem comportado, já que o cosmo altamente estruturado que observamos hoje, nunca teria existido se o Universo não tivesse estado, desde o princípio, no caminho correto.
Este é o Paradoxo da Gênese.
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PARTE 3
EM DEMANDA DA ANTIGRAVIDADE
Embora tendo sido solucionado a apenas um pouco mais de vinte anos, a idéia-chave por trás da resolução do Paradoxo da Gênese remonta, em seus traços gerais, remonta a épocas anteriores ao conhecimento da expansão ou do Big Bang.
Mesmo Newton se apercebera de que a estabilidade do Cosmo era um mistério sem resposta, uma vez que a Atração Gravitacional Universal deveria fazer com que elas desabassem umas sobre as outras.
Para escapar de tal absurdo, conseqüência DE SUA PRÓPRIA Teoria da Gravitação, Newton serviu-se de um argumento, no mínimo, curioso, afirmado que, se as estrelas desmoronassem por ação da Gravidade, elas deveriam “cair” para o Centro do Universo.
Todavia, como o Universo era tido como INFINITO, e as estrela uniformemente distribuídas pelo Espaço, não existiria nenhum centro para onde as estrelas pudessem cair, afinal, em um Universo infinito, uma dada região é indistinguível das demais.
Em outras palavras, cada estrela sofreria a atração de todas as demais , porém, a média entre as forças, em todas as direções seria nula, ou seja, dessa maneira, não existiria qualquer força que arrastasse sistematicamente a estrela para qualquer ponto de aglomeração.
Todavia, Newton, com essa premissa, acabou por criar um outro paradoxo, impossível de se resolver. O fato de o céu à noite ser escuro, afinal, em um universo infinito, e com infinitas estrelas distribuídas uniformemente em todas as direções, a Terra, obrigatoriamente, receberia uma quantidade infinita de luz o tempo todo.
Esse inquietante paradoxo perdurou por vários séculos e só foi esclarecido através da Teoria do Big Bang.
Vale lembrar que este pequeno detalhe é completamente deixado de lado, seja por desconhecimento básico sobre o assunto, ou propositalmente, de maneira desonesta, pelos defensores do Criacionismo ou teorias alternativas ao Big Bang, como a Teoria do Estado Estacionário.***
*** Para maiores detalhes a respeito das modernas “teorias” alternativas ao Big Bang, ver o tópico ATACANDO O BIG BANG, conforme link abaixo:
http://www.forumnow.com.br/vip/mensagen ... 86&nrpag=1
Voltando ao problema da instabilidade do Universo, 200 anos depois de Newton, um outro Físico se viu às voltas com o mesmo problema.
Quando Einstein publicou a sua Teoria da Relatividade Geral, a moderna Teoria da Gravitação, as descobertas de Hubble ainda não haviam acontecido. Como não existiam evidências em contrário, Einstein, exatamente como Newton, supunha que o Universo fosse estático.
A solução adotada por Einstein para impedir que o Universo implodisse pela ação de sua própria gravidade, foi a adoção de uma força também universal mas de ação contrária a da gravitação.
É curioso notar que Einstein não introduziu tal força repulsiva de uma maneira ad hoc, mas sim, verificando que suas Equações Gravitacionais continham um Termo Opcional, responsável por uma força cujas características e propriedades eram exatamente as desejadas.
Embora a princípio, tudo parecia perfeito, ou seja, esse próprio termo opcional, conseqüências de suas próprias equações, as coisas não eram exatamente assim.
Essa força repulsiva, contrária à gravidade, se bem fácil de se conceber, de uma maneira geral, possuía propriedades totalmente invulgares e desconcertantes.
Ela era imperceptível da Terra, uma vez que séculos de Astronomia planetários não haviam dado qualquer indício de sua existência.
Em outras palavras, embora universal, e de alcance ilimitado, ela não deveria ser sentida a pequenas distâncias, sendo sua intensidade diretamente proporcional ao aumento das distâncias.
De saída, já temos um comportamento diametralmente oposto à todas as forças conhecidas, que se enfraquecem com a distância.***
*** Para sermos rigorosos, a Força Nuclear Forte, a força de ligação entre os Quarks, cujo Bóson Vetorial ou Transportador são os Gluons, aumenta com as distâncias, mas sua atuação não é ilimitada, chegando, no máximo, ao diâmetro do núcleo atômico, onde se apresenta como uma força de coesão do núcleo, ou seja, uma força residual da força entre Quarks.
Vale lembrar, também, que tal força era desconhecida na época da publicação dos trabalhos de Einstein.
Retornando ao ponto, devemos ter em mente que a Força de Repulsão, que aparecia naturalmente das equações de Einstein, não deve ser vista como uma Quinta Força na Natureza. Em realidade, ela nada mais é do que um derivado um tanto quanto insólito da própria Gravidade.
De fato, os efeitos da Repulsão Cósmica podem ser explicados através da Gravidade comum, desde que a fonte do Campo Gravitacional seja um meio dotado de propriedades pouco comuns, porém, plenamente existentes na Natureza.
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PARTE 4
EM DEMANDA DA ANTIGRAVIDADE II
Vamos tomar um exemplo. Quando analisamos um meio material corrente, do qual um gás é exemplo, percebemos que ele exerce pressão.
Agora, vamos tomar um hipotético “meio cósmico”, que preencheria todo o espaço. Curiosamente, notamos que esse meio exerce “pressão negativa”, ou em outras palavras, tensão.
Par melhor imaginarmos o que está se passando, vamos supor que seria possível confinar esse “meio cósmico” em uma garrafa. Em vez de fazer força para fora, como um gás comum, o “meio cósmico” tenderia a encurvar para dentro as paredes do vasilhame.
Devemos ter em mente que, o fato da pressão negativa, do “meio cósmico”, “aspirar” as paredes do vasilhame que o contém, não está em contradição com a repulsão que ele exerceria sobre as galáxias, uma vez que o Efeito Repulsivo deve-se à gravidade do meio e não à sua ação mecânica. Convém lembrar que as forças mecânicas resultam não da pressão, mas sim, de diferenças de pressão.
De fato, foram essas bizarras propriedades que fizeram Einstein declarar que dispunha de um modelo convincente de um universo estático, onde o equilíbrio era mantido pela contraposição à Gravidade, da força recém descoberta da Repulsão Cósmica.
Por meios de cálculos simples, Einstein determinou qual deveria ser a intensidade dessa força para equilibrar a Gravidade e concluiu que ela deveria ser tão fraca que seria indetectável experimentalmente, tanto à escala do Sistema Solar, quanto à escala galáctica.
Mas isso não resolveu o problema. O ponto crucial era a estabilidade do universo, que seria uma estabilidade dinâmica, ou seja, era necessário se equilibrar com uma precisão absoluta as forças de atração e repulsão e, assim como se passa com outros problemas de equilíbrio, a questão revelou-se extremamente delicada.
Qualquer variação, por mais infinitesimal que fosse, faria uma das forças prevalecer, ou seja, ou o Universo implodiria, ou se dilataria de uma maneira totalmente descontrolada.
Em outras palavras, o mais ligeiro tremor do Universo bastaria para levar a uma catástrofe cósmica.
Esse cenário mudou em 1927, quando Hubble descobriu a Expansão do Universo, tornando obsoletas quaisquer tentativas de elaborar modelos de equilíbrio.
Se Einstein não tivesse perdido tempo com essa visão estática do Universo, visão corrente à época, vale lembrar, possivelmente ele teria chegado ao resultado de que o Universo expandia através da via teórica, fazendo assim, uma previsão incrível uma década antes de Hubble, a qual teria ficado na História como das maiores previsões teóricas de todos os tempos.
Alguns anos depois, Einstein se referiu à Força de Repulsão, sua Constante Cosmológica, como a sua maior tolice.
Todavia, porém, isso não matou a possibilidade da repulsão cósmica.
Embora o intuito inicial de Einstein, com tal hipótese, era explicar porque o Universo era estático, a idéia de que a dinâmica de Universo resultasse da competição entre forças atrativas e repulsivas, perdurou. Por mais que as observações cósmicas não revelassem quaisquer vestígios da Força de Repulsão, também não permitiam concluir que ela não existisse.
De fato, a intensidade dessa força poderia ser demasiadamente fraca para ser detectada.
Vale ressaltar o que já mostravam as próprias Equações da Relatividade.
Em fins de 1917, o astrônomo dinamarquês Willem de Sitter analisou a relatividade geral e enviou a Einstein um relato detalhado, em que resumia o problema e propunha uma solução radical: a relatividade geral funcionaria apenas se todo o universo estivesse explodindo em todas as direções a partir de um ponto inicial.
Posteriormente, em 1922, o matemático soviético Alexander Friedmann derivou de forma independente a solução encontrada pelo dinamarquês. Se Einstein estivesse certo, predisse Friedmann, o universo deveria estar expandindo-se em todas as direções.
Basicamente, vemos que um Universo em Expansão é uma conseqüência das equações da Relatividade Geral.
Este é um grande problema para as teorias concorrentes ao Big Bang, tipo Estado Estacionário, uma vez que, para serem válidas, a Relatividade deveria estar errada, coisas que comentei no tópico ATACANDO O BIG BANG.
http://www.forumnow.com.br/vip/mensagen ... 86&nrpag=4
Existe um ponto que deve ser ressaltado e que será de uma importância impar no desenvolvimento futuro da Teoria do Big Bang.
O modelo apresentado em 1917, o Universo de de Sitter, era peculiar de uma maneira pouco comum. Ele não continha matéria, ou seja, era constituído apenas de Espaço Vazio.
Embora nessa época, a idéia de se ter Espaço Vazio a se expandir fosse apenas uma curiosidade matemática, como veremos na próxima parte, acabou por se revelar admiravelmente profética.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 5
INFLAÇÃO – O BIG BANG EXPLICADO
Como vimos, Einstein considerou a necessidade de uma Força Repulsiva para manter o Universo em equilíbrio, por causa da atração Gravitacional.
Após a constatação de que o Universo se expandia, ele percebeu que essa adoção, através de uma Constante Cosmológica, havia sido um tremendo erro, fruto não de uma análise acurada de suas equações, mas sim, da convicção, à época, de que o Universo era estático.
A constatação da expansão, mais o que as soluções da Equações Gravitacionais mostravam, levou à proposta que veio a ser conhecida como Big Bang, nome dado de uma forma pejorativa pelo astrônomo Fred Hoyle, que se opunha à teoria.
Curiosamente, o nome se tornou tão popular que acabou “batizando” a teoria do nascimento explosivo do Universo.
Outra curiosidade é que, apesar de seus excelentes trabalhos em formação de elementos atômicos pesados nas estrelas, em geral, Hoyle é conhecido popularmente por ter criado uma teoria em oposição ao Big Bang, a Teoria do Estado Estacionário, a qual incorporava elementos muito mais “fantasmagóricos”, como a “luz cansada”, do que o próprio Big Bang que ele tanto combatia.
O Estado Estacionário, além de inúmeros problemas primários por resolver (tipo: porque a noite é escura?), batia de frente exatamente com as soluções das Equações da Relatividade Geral, embora isso nunca foi muito bem explorado, ou explicado, para o público leigo, problemas que persistem com os “novos modelos” ou propostas que partem das idéias de Hoyle.
Retornando ao Big Bang, vemos que, apesar da Constante Gravitacional não ter mais utilidade, ainda havia uma questão fundamental: por que o Universo expandia?
Mesmo quando Einstein propôs sua constante, era claro que a força “antigravitacional” ou repulsiva deveria ser muito fraca, ou teríamos conseqüências facilmente mensuráveis ou mesmo, não teríamos Universo algum para ver.
Porém, nessa época, esqueceu-se de uma hipótese. Não foi considerada a possibilidade da Repulsão Cósmica ser produzida não por uma Constante Cosmológica, mas por um processo físico que sofresse evolução à medida que o Universo expandisse.
Caso nessa época tivesse sido concebido um Universo que fosse inicialmente dominado pela repulsão, durante uns breves instantes, que o levaria à expansão para depois, se tornar uma força desprezível, a História da Cosmologia teria sido significativamente diferente.
Em linhas gerais, é exatamente esse cenário que emergiu do trabalho pioneiro de Alan Guth, fortemente respaldado atualmente, nos trabalhos recentes sobre Unificação de Forças Fundamentais, onde as quatro forças existentes seriam apenas aspectos diversos de uma única Força Unificada, existente nos instantes iniciais do Universo.
Propostas recentes e suas respectivas simulações, mostram que da atividade dessa Força Unitária resulta como sub-produto, necessariamente, uma incrivelmente intensa Repulsão Cósmica, e a chave para a sua compreensão encontra-se na natureza do Vácuo Quântico.
O VÁCUO ANIMADO
Em uma primeira vista, o espaço vazio não parece muito prometedor como matéria de estudo, porém, foi exatamente nele em que se encontrou a chave para a compreensão plena das forças da natureza.
Visualizar o Vácuo não é difícil; ele nada mais é do que uma região do espaço da qual foram excluídas todas as partículas, todos os campos, todas as ondas, enfim, uma região de onde se retirou tudo, sobrando apenas espaço vazio.
Todavia, ao iniciarem os estudos em Teoria Quântica de Campos, os físicos perceberam que o Vácuo não era, de forma alguma, aquilo que eles desde sempre haviam pensado que fosse. A Natureza Quântica da Realidade se mostrava de maneira inequívoca, mesmo na ausência de qualquer partícula.
O início de tudo se deu quando da aplicação do Princípio da Incerteza de Heisenberg à energia.
Com isso, percebeu-se que mais um “pilar” da Física Clássica ia por terra. Graças aos efeitos quânticos, durante intervalos muito curtos de tempo, o Princípio da Conservação da Energia podia ser violado.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 6
O VÁCUO ANIMADO II
Em função dessa violação do Princípio da Conservação da Energia, como vimos, é possível conceder empréstimos de energia destinados a inúmeros e variados fins, como por exemplo, criar partículas.
Qualquer partícula produzida por esse processo tem um tempo de duração, uma vida, muito breve, uma vez que a energia que encerram, a energia que foi “tomada emprestada”, tem que ser restituída em poucos instantes.
Todavia, tal processo permite que essas partículas emirjam do nada e desfrutem de uma breve existência, antes de desaparecerem novamente.
Devemos ter em conta que, além de tal processo ser plenamente comprovado e demonstrado, nada pode suprimir tal atividade. Por mais vazio que o espaço esteja, sempre conterá uma infinidade dessas partículas transitórias, exatamente em decorrência do Princípio da Incerteza de Heisenberg.
Tais partículas são chamadas de virtuais, uma vez que não podem ser vistas, mas deixam vestígios físicos, que podem ser observados, de sua breve existência. O espaço aparentemente vazio fervilha de partículas virtuais. O vácuo não é algo inerte e sem forma, mas sim, animado e crepitante de energia.
Como podemos perceber, longe está a visão de um universo onde a ordem impera, como pensam muitos. Vamos analisar o que se passa com uma partícula real.
Pelo exposto, um elétron, por exemplo,deve sempre ser visto contra esse pano de fundo de atividade frenética.
Ao deslocar-se pelo espaço, o elétron está, na realidade, a nadar em um mar de partículas fantasmas de todas as espécies, léptons, quarks e todo tipo de bóson portadores virtuais, debatendo-se em furiosa e caótica desordem.
A presença do elétron perturba a atividade irredutível do Vácuo que, por sua vez, reage sobre o elétron. Mesmo em repouso, o elétron não está imune a tal efeito, pois sofre o constante bombardeamento das mais variadas partículas virtuais.
Imaginemos uma inteiração das mais simples. Dois elétrons ao se deslocarem, trocam um fóton, o transportador da Força Eletromagnética ou quanta do Campo Eletromagnético.
Essa troca deve ser vista como uma perturbação sobreposta à rede de intercâmbios virtuais pré-existentes.
Uma descrição correta das forças que se exercem entre as partículas deve obrigatoriamente levar em conta todos os quantas virtuais adicionais.
Na presença de campos de força, a experiência total de uma partícula incluirá os processos de troca de dois, três ou mais bósons portadores, inteirações dos portadores com as partículas do vácuo e destas com as partículas emissoras e receptoras.
Em outras palavras, a cada instante, o número de inteirações possíveis será infinito!
Em face disso tudo, tornou premente, no final dos anos 70, que era necessário uma reapreciação drástica da natureza física do vácuo, ou do espaço vazio.
A teoria de partículas, mais precisamente o Modelo Padrão das Partículas Elementares mostrava que o Vácuo podia excitar-se ou assumir diferentes estados de energia, tal qual um átomo que pode se encontrar em um de vários estados.
Embora aparentemente idênticos, os diferentes estados do Vácuo apresentavam propriedades muito distintas.
Uma das propriedades mais importantes do Vácuo é a sua pressão que, curiosamente, independentemente do estado energético, é sempre negativa.
Vimos anteriormente como uma pressão negativa de Vácuo tem a característica de exercer uma força repulsiva, similar à Constante Cosmológica idealizada por Einstein e introduzida por este, nas equações da Relatividade Geral, com o intuito de sustentar um Universo Estático.
Porém, a repulsão proveniente do Vácuo é 10 elevado a 120 vezes mais intensa que a repulsão da Constante Cosmológica.
Essa era a peça que faltava no quebra-cabeça. Finalmente, estava aberto um caminho para explicar como havia sido possível um Big Bang.
Imagine que o Universo começou se encontrando em um Estado Excitado de Vácuo, chamado pelos físicos de Falso Vácuo.
Nesse estado, a Repulsão Cósmica seria de tal intensidade que chegaria ao ponto de desencadear uma expansão violentamente rápida.
Nesta fase, o Universo assemelha-se ao modelo de de Sitter, comentado anteriormente, com a diferença de que, de Sitter concebera um Universo vazio expandindo-se tranqüilamente ao longo de eras astronômicas, enquanto que a fase dominada pelo Falso Vácuo estaria longe de ser pacífica e ordenada. Em uma tal fase, o nosso Universo duplicou de tamanho a cada 10 elevado a MENOS (!!) trinta e quatro segundos!
Essa superexpansão se dá de uma maneira característica, com as distâncias aumentando exponencialmente, ou seja, qualquer região do Universo duplicaria constantemente de tamanho a cada 10 elevado a menos trinta e quatro segundos.
Esse tipo de expansão descontrolada foi batizada de Inflação, e tal conceito introduzido, pela primeira vez em 1980, por Alan Guth, do MIT.
Sob a influência de uma expansão cada vez mais rápida, o Universo teria se dilatado explosivamente.
Foi exatamente nisso que consistiu o Big Bang.
Mas porque então tal expansão acelerada não continuou para sempre?
A resposta é simples.
Como acontece com todos os Sistemas Quânticos Excitados, também o Falso Vácuo é instável e tende a decair.
Quando isso ocorreu, a Força de Repulsão desapareceu, travando a Inflação e colocando o Universo sob o julgo da Gravidade comum, ou atrativa.
Obviamente, o Universo continuaria a se expandir em função do fantástico ímpeto inicial conferido pelo período inflacionário, embora sua tendência seria se desacelerar face à Força Gravitacional.
O destino final do Universo, no caso Expansão Assintótica para sempre ou Expansão Freada e conseqüente colapso, depende da Densidade de Matéria / Energia do Universo.
Como frisamos antes, não estamos considerando as recentes evidências de que o Universo está se Expandindo com uma aceleração crescente, mas isso não invalida ou altera significativamente nossas conclusões.
Retomando a questão, um ponto que deve ficar muito bem frisado é que, de acordo com a Teoria Inflacionária, o Universo teve seu início em um Estado de Vácuo desprovido tanto de matéria quanto de radiação, e isso é de extrema importância para compreendermos que a analogia utilizada por muitos que questionam a possibilidade da existência do Big Bang, a de que, tal como em um Buraco Negro, nada poderia se expandir, não é válida.
Um Buraco Negro nasce a partir de um corpo celeste material e, de acordo com as equações da Relatividade Geral, irá colapsar até um ponto singular.
Já a Singularidade Inicial não é similar ou igual à Singularidade do Buraco Negro, por ser desprovida de Massa / Energia.
Com isso, demonstramos que o argumento inicialmente utilizado, e apresentado no início deste tópico, se mostra incorreto, sendo inválido para concluir que o Big Bang nunca poderia ter ocorrido e, portanto, de acordo com que o propôs, tal fato implicava na existência de um deus que determinou que as coisas se dessem como deram.
Após isso tudo, resta uma questão: como fica o cenário do início extremamente quente do Big Bang e de onde veio a Matéria que compões nosso Universo?
É uma boa questão.
Devemos lembrar que ao cessar a Inflação, o Universo era frio e vazio. Porém, frações imensuráveis de tempo depois, encheu-se de um calor intenso, conseqüência da Radiação Térmica proveniente das colossais reservas de energia contidas no Falso Vácuo.
Ao decair, o Falso Vácuo liberou sua energia sob a forma de radiação, a qual aqueceu instantaneamente o Universo à temperatura de 10 elevado a sétima potência, em graus Kelvin.
Deste ponto em diante, tudo se passa conforme a Teoria Padrão do Big Bang.
A Energia Térmica engendrou Matéria e Antimatéria, o Universo começou a arrefecer e, passo a passo, todas as estruturas que observamos hoje começaram a “congelar”.
A Teoria Inflacionária resolve o problema das causas do Big Bang. Sabemos hoje que foi o próprio Espaço que “explodiu”, devido ao poder repulsivo do Vácuo Quântico.
Mas ainda fica uma pergunta no ar.
A enorme energia da deflagração primordial, a energia geradora de toda a matéria e toda a radiação que observamos no Universo atual, deve ter vindo de algum lado.
A existência do Universo não estará explicada enquanto não tivermos remontado à origem da Energia Primordial.
Este será o tema de nossa próxima parte.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 7
CRIAÇÃO A PARTIR DO NADA
O Universo nasceu em meio a uma gigantesca explosão. A energia da explosão sobrevive ainda hoje na Radiação Térmica de Fundo e na Matéria Cósmica, os átomos que compõem as estrela, planetas, etc, sob a forma de MASSA, ou ENERGIA ARMAZENADA.
Ela ainda se manifesta, também, nos movimentos das galáxias e nas revoluções de todos os corpos celestes. A Energia Primordial pôs o Universo em marcha e o sustenta até hoje.
Mas de onde veio essa energia? Segundo a Teoria Inflacionária, veio do Vácuo Quântico. Contudo, será essa resposta satisfatória? Afinal, sempre podemos perguntar como foi que o vácuo Quântico adquiriu energia.
O grande problema é que, ao inquirirmos sobre a proveniência da Energia, estamos fazendo uma importante suposição a respeito de sua natureza. Uma das leis fundamentais da Física é a lei da Conservação da Energia, segundo a qual, por mais numerosas transformações que a Energia sofre, sua quantidade total permanece constante, o que nos remete a um impasse:
Se a Energia não pode ser criada, nem destruída, de onde veio a Energia Primordial?
Novamente, para muitos, a resposta está em deus ou alguma outra entidade mística, sendo a quantidade de energia mais uma “condição inicial” milagrosa.
Contudo, mais uma vez, não há a necessidade de se apela para o divino e o sobrenatural para se ter uma resposta. A Teoria da Inflação fornece uma resposta científica à questão.
O segredo é que, segundo a teoria, o Universo começou por ter energia essencialmente nula, tendo sido capaz de a engendrar nos primeiros 10 elevados a menos 32 segundos.
A chave para isso está no fato de que a Lei da Conservação da Energia NÃO se aplica, no sentido habitual, em uma Realidade Quântica de um Universo em Expansão.
Em realidade, não se trata de nada novo ou desconhecido. Como vimos, a expansão cosmológica é responsável pelo arrefecimento do Universo. Ao longo de bilhões de anos, a Energia Térmica, antes absurdamente intensa, caiu para próxima do Zero Absoluto, o que sucinta uma questão:
Para onde foi toda a Energia Térmica?
A resposta é que ela foi, de certa forma, consumida na expansão do Universo, acrescentando a sua pressão ao vigor explosivo do Big Bang.
Se tomarmos o exemplo de um fluido qualquer, como um gás, sabemos, da Termodinâmica Básica, que quando ele se expande, ele realiza trabalho à custa de sua energia interna.
Todavia, esta imagem, comum ao cotidiano de nosso Domínio Quase Clássico Familiar (ver o tópico A REALIDADE QUÂNTICA) contrasta nitidamente COM A Repulsão Cósmica, que se comporta como um fluido com PRESSÃO NEGATIVA, como vimos nas partes anteriores deste tópico.
Uma característica muito peculiar de um fluido com tais propriedades é que sua Energia AUMENTA à medida que ele se expande, em vez de diminuir.
E foi exatamente isso o que ocorreu no chamado Período Inflacionário, em que a Repulsão Cósmica trouxe o Universo a um estado de Expansão Acelerada.
A Energia Total do Vácuo aumentou até atingir, no final da Fase Inflacionária, um valor inacreditavelmente elevado. Assim que a Inflação cessou, toda essa energia foi liberada numa única deflagração, gerando todo o calor e toda a matéria que brotaram do Big Bang.
Deste ponto em diante, passou a dominar a Expansão Convencional à Pressão Positiva, tendo a Energia (calor) começado a declinar novamente.
Em outras palavras, o Vácuo, com sua Pressão Negativa, produz uma poderosa Força Repulsiva, que é responsável pela sua própria Expansão Acelerada, a qual, por sua vez, lhe fornece energia em quantidades crescentes, ou seja, sua instabilidade intrínseca leva-o a se expandir e a gerar, permanentemente, energia a troco de nada.
O Processo Inflacionário somente ocorre, como vimos, porque o Vácuo é passível de se encontrar em um Estado Excitado, tal que um elétron, por exemplo. O método descrito acima só se encerra através do Decaimento Quântico do Falso Vácuo, algo que aconteceu nos instantes iniciais do Universo e é similar a uma Transição de Fase, como água se transformando em gelo. Essa Transição de Fase se dá através de uma Quebra Espontânea de Simetria, também, de uma maneira similar a água congelando.
Voltando ao ponto, vemos aqui que o Vácuo é a FONTE MILAGROSA que abastece a Natureza de Energia. Em princípio, não existe nenhum limite para a quantidade de energia gerada pela Expansão Inflacionária.
A Teoria Inflacionário é uma proposta científica revolucionária que colide frontalmente com a tradição secular de que DO NADA, NADA PODE VIR.
Até há pouco, a criação a partir do nada era apenas de domínio da religião, com deus tendo criado o Universo a partir do nada. O Modelo Inflacionário, mais uma vez, elimina a divindade desnecessária e apresenta um panorama onde matéria e energia brotam espontaneamente, em conseqüência de processos puramente físicos.
A Ciência, inclusive, apresenta uma interpretação alternativa, para aqueles que vêem com desconforto a idéia de energia brotando do nada.
Uma vez que a Força Gravitacional é atrativa, é necessário se realizar trabalho para afastar os corpos um dos outros, o que implica que a Energia Gravitacional, de um sistema de corpos, é negativa, o que implica que, se juntarmos mais corpos ao sistema, liberta-se mais energia, enquanto a energia do sistema se torna mais negativa, de modo a conservar a energia total.
Nesse contexto do Universo Inflacionário, a Energia Gravitacional Negativa da matéria recém criada, compensaria o calor e a matéria criados, conservando NULA a Energia Total do Universo, ou seja, não se teria dado, afinal, criação de qualquer energia!.
Em resumo, o que o Modelo Inflacionário nos mostra é que a Energia necessária ao Universo para criar e animar a matéria, e para alimentar seu próprio nascimento fulgurante, provém UNICAMENTE de sua NATUREZA FÍSICA
É esta CRIAÇÃO A PARTIR DO NADA, a cujas fantásticas potencialidades devemos a nossa existência.
Fayman
autor de:
OS GUARDIÕES DO TEMPO
RELÂMPAGOS DE SANGUE
ANJO - A FACE DO MAL
AMOR VAMPIRO
(Coletânea 7 autores)
http://www.antigo.religiaoeveneno.com.br/viewtopic.php?f=1&t=958&hilit=f%C3%ADsica+qu%C3%A2ntica&sid=f875806ec6df41691507cfc0bf8e9c9f
Mensagempor Fayman » 12 Dez 2005, 10:08
Apesar de tudo o que já descutimos e postamos por aqui, os mesmos velhos "argumentos" se repetem e, como sempre, demonstram a falta de conhcimento apropriado sobre o tema.
GRIFO MEU
Em função disso, resolvi publicar novamente este tópico do antigo RV. Preferi manter as divisões em partes, como originalmente apresentado, muito embora aqui estão todas de uma vez.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
UMA INTRODUÇÃO
Há uns tempos atrás, aqui no fórum, o participante Pensador colocou uma série de postagens nas quais ele levantava uma questão muito interessante e pertinente, que podemos traduzir da seguinte maneira:
Se o universo, conforme a teoria do Big Bang, iniciou-se em uma singularidade, como foi que ele “explodiu” ou entrou em expansão, uma vez que , como todos sabemos, em uma singularidade, tal qual a supostamente existente no centro de um Buraco Negro, a força de gravidade é tão absolutamente intensa que nada consegue lhe escapar, nem mesmo a luz?
Como poderia alguma coisa expandir em um ambiente desses? Como poderia, tal como afirma a teoria, aquela singularidade ter dado origem ao universo que hoje observamos?
Realmente, é uma pergunta bastante capciosa, e é, inclusive, utilizada até hoje como “prova”, pelos criacionistas, de que o Big Bang é uma fraude e nunca ocorreu.
O Pensador, ao raciocinar sobre esta questão, percebeu aquilo que, a primeira vista, parece óbvio, de que tal explosão e/ou expansão jamais poderia ter acontecido em uma região assim dominada absolutamente pela Gravidade.
A partir dessa observação, ele concluiu que somente poderia ter ocorrido uma expansão por meio daquilo que ele denominou de “vontade de uma força externa”, a qual ele imediatamente associou a deus, inclusive, propondo que tal argumento era uma prova indubitável da existência de deus.
Bom, eu não pretendo ir tão longe, inclusive porque, se faz desnecessário apelar para a existência de um ser sobrenatural, onipotente e externo ao universo.
Comecemos com algumas análises simples.
Primeiramente, se o cenário descrito pelas equações da Relatividade Geral apontam para uma singularidade primordial, com certeza existiu alguma coisa que diferenciou essa singularidade das singularidades dos Buracos Negros.
Mas o que, realmente, significa o termo Singularidade e o que ele descreve?
Singularidade, em termos matemáticos, e é nesses termos que nos interessa, descreve um ponto em que uma Função apresenta descontinuidade e cujo valor da Função, nesse ponto, torna-se infinito.
O exemplo mais conhecido de uma singularidade matemática é a Tangente de 90o.
O termo Singularidade usado em Física, deriva, exatamente, de uma singularidade matemática descoberta nas Equações de Einstein da Relatividade Geral.
No ano de 1916, logo após a apresentação da Relatividade Geral por Einstein, e durante a Primeira Guerra Mundial, um matemático alemão, Karl Schwartzchild, tenente do exército alemão, começou a brincar com um novo passatempo, pelo menos do ponto de vista de um matemático, ou seja, passou a manipular avidamente as equações da nova Teoria da Relatividade Geral.
Schwartzchild queria demonstrar matematicamente como a Gravidade atuava ao redor e no interior de estrelas.
Entretanto, ao fazer os cálculos, ele descobriu que a teoria só parecia funcionar para estrelas que possuíssem um raio superior a um determinado valor crítico.
Caso, nas equações, ele mantivesse a massa da estrela, mas associasse a ela um raio menor do que esse percebido limite, ou seja, apresentasse um sistema em que muita massa estivesse concentrada em um volume muito pequeno, o que aumentava, drasticamente, a densidade do objeto em questão, os resultados apresentados pela solução de Einstein simplesmente deixavam de ter sentido.
Em palavras mais técnicas, em tal condição, algumas componentes do Tensor de Curvatura de Riemann, que dão a Curvatura do Espaço-Tempo em função da Densidade de Massa-Energia, tomavam valores infinitos. Em outras palavras, uma singularidade matemática.
Apesar do impacto que tal demonstração causou na Comunidade Científica – Schwartzchild não sobreviveu à guerra para ver tais resultados – e depois que foi verificado que tanto os cálculos de Schwartzchild estavam corretos, bem como a teoria, tudo se apaziguo por um tempo, com os físicos acreditando que deveria existir alguma coisa na Natureza que impediria que uma estrela chegasse a um tamanho menor que o seu correspondente raio crítico, também conhecido como Raio de Schwartzchild.
Como curiosidade, o Raio de Schwartzchild, para uma estrela com massa equivalente ao Sol, é de 6 km de diâmetro.
Porém, as coisas não ficaram tranqüilas por muito tempo e, pouco depois, percebeu-se que a Teoria da Evolução Estelar permitia que Astros Gigantes, depois de terem consumidos seus combustíveis nucleares, e muitos deles podendo até explodir em uma Supernova, puderiam se comprimir e atingir um tamanho menor que o Raio de Schwartzchild.
Todo o problema começa a partir desse ponto.
Até então, conforme as descobertas matemáticas de Schwartzchild, as equações da Relatividade mostravam teoricamente que nada impediria o total colapso da matéria, criando aquilo que mais tarde viria a ser chamado de Buraco Negro, cuja velocidade de escape, a partir de uma determinada distância de seu centro era maior que a Velocidade da Luz, e em cujo centro haveria...
Haveria o quê? Essa era a questão.
O que as equações mostravam, ou melhor, deixavam de mostrar, era que deveria haver, no centro de um Buraco Negro, uma região na qual aquelas algumas componentes do Tensor de Curvatura de Riemann apresentavam os valores infinitos, ou seja, pontos de Singularidade.
Mas o que se poderia dizer agora, que se estava falando de estrelas e corpos materiais reais e não de sutilezas matemáticas?
De acordo com a teoria, assim que a estrela ou corpo maciço atingisse o Raio de Schwartzchild, ela passaria a se comprimir cada vez mais, sem que nada pudesse detê-la, até termos, literalmente, um ponto real no Espaço-Tempo com Volume Zero e Densidade Infinita.
À essa condição foi dado o mesmo nome de Singularidade, o equivalente físico ao da matemática.
Aqui cabem algumas considerações:
O termo REAL aplicado ao ponto de Densidade Infinita e Volume Zero do Espaço-Tempo pode ser muito discutível, uma vez que, ainda conforme a Relatividade Geral, nunca poderíamos ter contato com tal região permanecendo fora do Buraco Negro.
Pra sermos mais exatos, é definido um horizonte imaginário, a partir do qual, a velocidade de escape em relação ao Buraco Negro é maior que a da Luz, conhecido como Horizonte de Eventos, assim chamado porque, todo e qualquer corpo que ultrapasse essa linha não mais pode influenciar eventos que ocorrerem em nosso Universo, ou seja, do lado de fora do Buraco Negro.
Para todos os efeitos, toda a informação se perde a partir do Horizonte de Eventos, portanto, não podemos afirmar, com segurança, o que exatamente se passa no interior de um Buraco Negro, ou mesmo, se a Singularidade existe de fato.
A questão da Informação Perdida é mais complicada, tendo sofrido algumas alterações recentemente, mas deixaremos esta questão fora de nossa análise, por hora, e, se necessário, voltaremos à ela posteriormente.
Desde os resultados de Schwartzchild, sabe-se que as equações da Relatividade Geral deixam de fazer sentido no interior de Buracos Negros, tendo-se, possivelmente, alcançado os limites de aplicação da teoria, sendo necessário substituí-la por uma versão quântica, ou seja, um casamento entre a Relatividade e a Mecânica Quântica, numa Teoria Quântica da Gravidade.
Ainda hoje, não foi possível se conseguir uma tal unificação, mas alguns físicos, como Stephen Hawking, conseguiram alguns pontos de intersecção entre as duas teorias, o que mostrou efeitos não previstos pela Relatividade.
Com essa linha de trabalho, Hawking mostrou que Buracos Negros não eram exatamente negros, e que emitiam uma débil radiação, proporcional ao inverso de sua massa.
Especula-se que outros Efeitos Quânticos podem mesmo impedir que o colapso chegue até o dito ponto singular, mas para tanto, teremos que esperar ainda pela nova teoria e novos estudos.
Seja como for, a Singularidade do Buraco Negro surge quando matéria é comprimida abaixo de um determinado raio e, a partir daí, a gravidade comprime inexoravelmente o objeto até, literalmente, o nada.
Porém, será a Singularidade Inicial exatamente igual à Singularidade do Buraco Negro? Se sim, como ela expandiu?
Por hora, podemos supor algumas coisas, sendo a mais óbvia, a existência de alguma coisa que fez a Singularidade Inicial expandir. Se essa alguma coisa pode, de fato, impedir o aparecimento de Singularidades ou o colapso total, isso é algo que não sabemos.
A partir da próxima parte, passaremos a ver a dinâmica de como foi possível o Big Bang.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
ADENDO
AS MÚLTIPLAS DIMENSÕES DO ESPAÇO-TEMPO
Genericamente, se diz que uma dimensão é uma extensão em qualquer sentido.
Para se explicar o que são dimensões, creio ser mais produtivo trabalhar com exemplos, é mais intuitivo e prático.
Primeiramente, podemos dizer que uma dimensão é uma extensão espacial.
Por exemplo, uma linha nada mais seria do que um “espaço” de uma dimensão.
Já uma folha de papel, perfeitamente fina, representaria um plano, que é um espaço de duas dimensões, largura e comprimento.
Aqui já percebemos que as dimensões que compõem um espaço, podem ser representadas por retas infinitas perpendiculares entre si, e que indicam as direções possíveis dentro do espaço tomado.
Na linha, ou em um espaço de uma dimensão, a direção possível é para frente – para trás, somente, não há outra opção.
Já no nosso plano, além de para frente – para trás, temos mais uma opção, que seria para direita – para esquerda.
Às duas retas perpendiculares entre si do plano, podemos traçar uma terceira, a altura e, com isso, definimos um espaço de três dimensões, ao mesmo tempo em que ganhamos mais mobilidade, passando a ter, além das duas direções do plano, mais uma, a para cima – para baixo.
O espaço de três dimensões é o nosso espaço ordinário, ou cotidiano de nossa vida do dia a dia.
Ou pelo menos era, até 1907, se não me engano.
Com o desenvolvimento da Física, mais precisamente, com a Mecânica Newtoniana e o estabelecimento das Leis dos Movimentos, o Espaço, assim como o Tempo, faziam apenas papel de “figurantes de fundo”, ao mesmo tempo em que eram considerados separados e absolutos, ou seja, a condição de movimento de um observador não influía nas medidas espaciais ou temporais. Em outras palavras, todo observador, independente de sua condição de movimento, registrava o mesmo “passar do Tempo” ou “cadência do Tempo”, e media a mesma distância entre dois pontos.
Porém, com o advento da Relatividade Restrita, Einstein demonstra matematicamente o que já era conhecido na prática (sem entrar no mérito se Einstein já possuía conhecimento desses experimentos ou não) que a velocidade da luz no vácuo é constante para qualquer observador, independente de seus estados de movimento.
Esse fato muda radicalmente a maneira como vemos o Espaço e o Tempo. Na Mecânica de Newton, supunha-se, como vimos, que Espaço e Tempo eram absolutos; o que variava era a velocidade, uma relação entre espaço percorrido em um determinado tempo. As velocidades de deslocamento variavam conforme o estado de movimento do observador, ou seja, eram relativas ao estado de movimento do observador.
A partir de momento em que a velocidade é que se torna uma constante em relação aos observadores, obrigatoriamente, espaço e tempo tornam-se relativos.
Este ponto colocou por terra a concepção de Espaço e Tempo absolutos, mas o melhor ainda estava por vir.
Em 1907, Hermann Minkowski, antigo professor de Einstein, notou que essas novas transformadas de coordenadas, em substituição às transformadas de Galileu da Mecânica Newtoniana, eram equivalentes a rotações em um espaço de dimensionalidade superior, na realidade, um contínuo que reunia o Espaço e o Tempo,com quatro, e não mais três, dimensões, sendo que o tempo passava a ser uma componente dimensional.
Em outras palavras, se fôssemos representar o Tempo por uma reta, esta seria perpendicular às outras três.
Para nós, é impossível imaginar quatro retas perpendiculares entre si, mas é facilmente possível de se trabalhar com tais espaços superiores matematicamente.
Seguem alguns links para uma leitura sobre a Relatividade, o Espaço-Tempo Quadrimensional e Minkowski
http://www.pcarv.pro.br/biografias/herm ... kowski.htm
http://jaf.tripod.com.br/ciencia/relatividade.htm
http://www.if.ufrgs.br/~betz/space_time/defin.html
http://www.fisica.ufpb.br/port/artigoCRF.htm
O escopo apresentado é o que a Física atual trabalha e considera comprovado.
Existem outros trabalhos que partem para um número maior de dimensionalidade do Espaço-Tempo e a origem disso é um fato curioso.
A Física de Partículas, que procura a Unificação das Forças Fundamentais percebeu, a muito tempo, que com a introdução de outras dimensões, era possível de se conseguir essa unificação.
Não pretendo me estender por hora sobre este assunto, até mesmo porque, ele merece um tópico inteiro próprio, o que poderei fazer no futuro.
A título de curiosidade, hoje se discute muito se o universo teria 10 ou 11 dimensões, número requerido para que as modernas teorias unificadas possuam simplicidade, simetria, etc, mas ainda não existe uma comprovação física de que isso seja um fato, estando firmemente no campo teórico.
DIMENSÕES E TOLICES
O termo Dimensão gera muita confusão com o pessoal não técnico, explorado, principalmente, por místicos, profetas da nova-era e mesmo, “vigaristas científicos”, pessoas que só falam ficção com o intuito de se mostrarem como gênios perante as pessoas leigas.
É comum se falar em “habitantes de outra dimensão”.
Aqui o termo é empregado como um lugar diferente do nosso universo e, seja na ficção-científica, seja em seitas ou religiões espíritas, etc, a imagem mais apropriada é de um “universo paralelo”
O mesmo se aplica em relação às “dimensões astrais”, “dimensões espirituais”, etc.
Outro ponto muito comum, é alguém afirmar que “pode viajar pela quarta dimensão” (não estou levando em consideração de que o tempo é a quarta dimensão, poderia ser uma qualquer).
A questão é que, para se “viajar” ou se locomover por uma quarta dimensão, deveríamos ter quatro dimensões, deveríamos enxergá-las e ter acesso a ela. Em outras palavras, deveríamos ser seres quadrimensionais, de um universo quadrimensional, no qual existiria um universo tridimensional, com seres tridimensionais, imerso.
Dessa maneira, poderíamos ter acesso a esse universo imerso 3D, através da quarta dimensão.
Levantar a possibilidade de se “viajar” através de uma quarta dimensão é tão idiota quanto afirmar que podemos “viajar” somente no comprimento, desconsiderando-se a largura e a altura! Isso simplesmente é impossível, uma vez que somos 3D!
Portanto, esse tipo de afirmação, ou suposição, é uma bobagem total.
E finalmente, se um dia o universo se revelar ter, por exemplo, 10 dimensões, nós seríamos seres com 10 dimensões, pouco importando se 6 delas estão de um tamanho minúsculo. Se ele se revelar tendo 30 dimensões, seremos seres de 30 dimensões!
Ter a imagem de que somos seres 4D e que, se nosso universo for 10D, pode haver seres 6D é totalmente errado.
Vale dizer que tudo o que conhecemos no universo é 3D (se desconsiderarmos o Tempo). A única coisa 2D que conhecemos é a sombra.
Aqui cabe uma explicação. Tudo o que pode se deslocar em 3D, é 3D, portanto, mesmo pontual (que em geometria seria destituído de dimensão), as partículas elementares apresentam um comportamento 3D, algo muito diferente da sombra.
Algo 2D só pode se deslocar em planos e é exatamente o que acontece com a sombra. Basta olhar para a nossa própria. Ela pode estar numa parede e, conforme você anda, ela se desloca para o chão (ou teto, dependendo da posição da fonte de luz) e depois se desloca para a outra parede, mas ela não se movimentou pelo espaço livre entre as paredes; ela só fará isso, se eu colocar um anteparo no vão entre as paredes, ou em outras palavras, eu definir um plano para ela se movimentar.
É curioso perceber que o nosso movimento em linha reta, de uma parede à outra, pelo espaço do vão entre as paredes, obrigou a sombra executar uma série de movimentos estranhos, alterando por duas vezes seu plano de movimento.
Esta simples constatação já rendeu inúmeros profetas que apregoavam que nós seríamos, apenas, sobras tridimensionais de seres quadrimensionais, invisíveis à nossa consciência limitada.
Se isto lembra alguma coisa a alguém, pode ter certeza de que não é mera coincidência; você já escutou bobagem semelhante em algum lugar.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 1
O PARADOXO DA GÊNESE
“O Universo se iniciou em uma grande explosão!”
Quem nunca ouviu ou leu essa frase acima? Pois é, ela reflete uma maneira simplista de se referir à teoria do Big Bang, ou simplesmente Big Bang, termo cunhado por Fred Hoyle, com intuito de ser pejorativo (Hoyle defendia uma teoria rival, a do Estado Estacionário) mas que acabou por se consolidar.
O problema com essa frase começa quando pensamos um pouco mais profundamente em seu significado.
Do ponto de vista puramente físico, esse início súbito e explosivo do Universo é, de certo modo, paradoxal.
A Física conhece apenas quatro forças fundamentais na Natureza e, dessas forças, somente a Gravidade se manifesta sistematicamente à escala cósmica, mas a Gravidade é uma força sempre atrativa, ou seja, é uma força de coesão.
Todavia, é impossível de se conceber a assim chamada Explosão Inicial ou Primordial sem a atuação de uma força repulsiva inimaginavelmente poderosa, capaz de separar as diferentes partes do cosmo e conservá-lo em expansão até os tempos atuais.***
*** recentemente, confirmou-se que o Universo está sofrendo uma aceleração em sua expansão, fato que não levaremos em conta no momento. Isso em nada alterará o que aqui será mostrado.
Temos dois pontos conflitantes aqui. O primeiro diz respeito que um Universo governado pela Gravidade, não deveria se expandir e sim, contrair-se. O segundo ponto diz respeito à Singularidade Inicial e sua similaridade com uma Singularidade de um Buraco Negro, onde a força gravitacional seria, via equações da Relatividade Geral, infinita.
Como a Gravidade é uma força atrativa, uma estrela muito compacta, como vimos na Introdução, se torna, com a sua evolução e queima de combustível nuclear, incapaz de resistir ao seu “próprio peso” e se contrai até formar um Buraco Negro.
Vale lembrar que a Densidade de Matéria no Universo primordial era muitíssimo superior à das estrelas mais densas, portanto, deve ter existido um mecanismo que impediu o Universo de se tornar um Buraco Negro logo em seu nascimento.
Na teoria padrão do Big Bang, a resposta tradicional para essa questão sempre deixou margens para dúvidas. O que se argumentava era que a explosão primordial deveria ser aceita como uma condição inicial, com uma taxa de expansão de valor infinito no instante zero.
Em outras palavras, nenhuma força havia provocado a explosão; simplesmente, tudo começara com uma expansão inicial com taxa infinita.
Essa era uma condição muito peculiar, muito específica, uma vez que, se a intensidade da explosão tivesse sido menor, logo cedo a gravidade teria vencido a expansão, levando o Universo recém formado a uma contração catastrófica, fazendo-o implodir em um Buraco Negro.
Dessa forma, teríamos que admitir que essa condição tão específica, tão cuidadosamente acurada, se devia exclusivamente ao acaso.
O ponto fraco dessa imagem tradicional era que ela não fornecia qualquer explicação para a ocorrência do Big Bang. Tínhamos apenas a situação de associar uma propriedade fundamental do Universo a uma Condição Inicial ad hoc, ou seja, o Big Bang “aconteceu” e fim.
O modelo tradicional deixa de responder questões fundamentais, ou seja, porque o Big Bang ocorreu? Quais as suas razões? Por que motivo sua expansão se deu da maneira que deu, não mais ou menos intensa?
O Princípio Antrópico apenas nos diz que, se as coisas tivessem sido diferentes, não estaríamos aqui para observá-las, mas neste caso, tal resposta dificilmente será considerada satisfatória.
Ao se examinar esta questão com mais atenção, notaremos que o Paradoxo da Gênese é ainda mais profundo.
Ao se procurar determinar a taxa de expansão, vemos que seu valor se encontra muito próximo de um valor crítico, para além do qual, toda a matéria cósmica já teria há muito se dispersado completamente, e abaixo do qual, entraria em colapso.
É curioso percebermos quão preciso foi o ajuste na Taxa de Expansão para o Universo se situar, exatamente, na fronteira entre duas catástrofes, qualquer uma das quais inviabilizaria a nossa existência.
Se um segundo após o Big Bang, momento em que o regime de expansão já estava determinado, a Taxa de Expansão tivesse diferido de um fator de um pouco mais do que 10 elevado a menos 18, o equilíbrio no Cosmo teria sido destruído.
Dessa forma, concluímos que o vigor explosivo do Universo se iguala quase que perfeitamente com o poder de sua atração gravitacional, ou seja, o Big Bang foi uma deflagração de uma amplitude cuidadosamente calculada.
Em sua versão tradicional, a teoria não só nos pede que a explosão não somente se deu, mas que também foi muito bem planejada.
De fato, sob esses aspectos, as Condições Iniciais deveriam ter sido muito especiais.
Veremos a seguir que a Taxa de Expansão é apenas um dentre vários fenômenos cósmicos aparentemente milagrosos.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 2
Como vimos antes, a Taxa de Expansão é apenas um dentre vários fenômenos cósmicos aparentemente “milagrosos”. O modo como a expansão se deu também o é.
O Universo que observamos atualmente é extraordinariamente uniforme em grande escala, no que se refere à Distribuição de Matéria e da Energia.
Do ponto de vista de uma galáxia distante, a estrutura global do Cosmo seria fundamentalmente a mesma que vemos da Terra.
As galáxias se distribuem com uma Densidade Média e o Universo é Isotrópico, ou seja, o mesmo, aparentemente igual, em cada ponto.
A Radiação Térmica Primordial, *** que banha o Universo, tem uma Isotropia superior a uma parte em 10.000, ou seja, possui rigorosamente a mesma temperatura, qualquer que seja a direção de onde provenha.
Essa Radiação de Fundo percorreu milhares de milhões de anos-luz até atingir a Terra e deveria, portanto, transportar as marcas de qualquer desvio da uniformidade que encontrasse pelo caminho.
*** A Radiação Térmica Primordial é uma das provas mais conclusivas de que o Big Bang realmente ocorreu, o que significa que nosso Universo, de fato, passou por uma fase de extrema compressão e altíssima temperatura.
Criacionistas em geral, cientistas ou não, não sabem disso, ou fingem que não sabem, numa postura bastante típica.
A Uniformidade do Universo em grandes escalas se conserva à medida que ele expande, donde se conclui que a própria expansão de ser extremamente uniforme.
A taxa de expansão não só é a mesma em todas as direções, como não varia de lugar para lugar.
Isso é facilmente comprovado, pois se o Universo se expandisse mais rapidamente em uma determinada direção, não só a temperatura da Radiação Térmica de Fundo, vinda dessa direção específica, seria mais baixa que o restante, bem como o movimento das galáxias nessa direção, pareceria distorcido, quando visto da Terra, fato que não ocorre em nenhum ponto do Universo.
Pelo que tudo indica, a explosão que deu origem ao Universo, não só teve uma amplitude incrivelmente precisa, como se deu de uma forma perfeitamente ordenada, uniforme e isotrópica.
Mas não paramos por aqui. Como se uma deflagração coerente e sincronizada não fosse já suficientemente improvável, a teoria tradicional do Big Bang tem como conseqüência regiões distintas do cosmo primordial terem ficado casualmente isoladas.
Como sabemos, conforme a Teoria da Relatividade, nenhuma ação física pode se propagar com velocidade superior à da luz. Conseqüentemente, para que duas regiões do Universo estejam casualmente ligadas, isto é, elas podem se influenciar mutuamente, é necessário que decorra um certo intervalo de tempo.
Por exemplo, 1 segundo após a criação, a luz poderia ter percorrido, no máximo, a distância de 1 segundo-luz, ou seja, 300.000 km, o que nos leva a concluir, muito facilmente, que regiões separadas por distâncias superiores a esta, não exerceriam, para t=1 s, qualquer influência uma sobre as outras.
Todavia, sabemos que o Universo, à essa altura, tinha um diâmetro de no mínimo 10 elevado a um fator de 24 km, o que nos deixa com, pelo menos, 10 elevado a um fator de 27 regiões casualmente isoladas, expandindo-se, porém, exatamente da mesma maneira.
Ao observarmos hoje, a Radiação Térmica de Fundo, estamos recebendo mensagens idênticas de regiões separadas por distâncias 90 vezes maiores do que a Luz poderia ter percorrido quando essa radiação foi emitida.
Como seria possível explicar essa fantástica cooperação entre partes distintas do Universo que aparentemente nunca estiveram em contato?Como terá sido possível uma coincidência única para que tivessem adquirido comportamentos tão semelhantes?
Tradicionalmente, dentro da teoria padrão do Big Bang, recorre-se, uma vez mais, às Condições Iniciais Especiais, cada vez mais milagrosas.
Não é de se admirar que esta versão arcaica do Big Bang é tão defendida por religiosos em geral para “demonstrar sem sombra de dúvidas” que deus existe. Somente um “operador externo”, um “engenheiro engenhoso” poderia ter calibrado as Condições Iniciais tão fantasticamente precisas, o que, obviamente, demonstra não só uma inteligência criadora, bem como um propósito muito bem fundamentado por trás do Universo.
Essa visão sonhadora e mística é ainda mais reforçada quando inferimos que a uniformidade em grande escala do Universo é ainda mais misteriosa se nos lembrarmos que, a uma escala menor, o Universo não é uniforme.
Isso é facilmente perceptível, bastando para tanto, olharmos para o universo com um telescópio. Através dele, percebemos a existência de galáxias e grupo de galáxias que assinala um desvio da uniformidade perfeita.
Porém, mesmo esse desvio, apresenta uma regularidade impressionante, ou seja, o mesmo valor em todas as partes.
Uma vez que a gravidade tende a desenvolver qualquer aglomerado inicial de matéria, o grau de não uniformidade, indispensável à formação das galáxias, era muito menor durante o Big Bang do que na atualidade.
Todavia, teve de existir alguma irregularidade no Universo Primitivo para que as galáxias começassem a se formar.
Na velha teoria do Big Bang, mais uma vez, essas irregularidades eram explicadas à base de Condições Iniciais Especiais. Mais uma vez, tal cenário reforçava e dava sustentabilidade à imaginação mística e religiosa.
Em resumo, se dispusermos, como supomos no início, apenas da Força de Atração Gravitacional, somo obrigados a aceitar o Big Bang como uma verdade revelada, uma Condição Inicial imposta, além do fato de que ele foi extremamente bem comportado, já que o cosmo altamente estruturado que observamos hoje, nunca teria existido se o Universo não tivesse estado, desde o princípio, no caminho correto.
Este é o Paradoxo da Gênese.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 3
EM DEMANDA DA ANTIGRAVIDADE
Embora tendo sido solucionado a apenas um pouco mais de vinte anos, a idéia-chave por trás da resolução do Paradoxo da Gênese remonta, em seus traços gerais, remonta a épocas anteriores ao conhecimento da expansão ou do Big Bang.
Mesmo Newton se apercebera de que a estabilidade do Cosmo era um mistério sem resposta, uma vez que a Atração Gravitacional Universal deveria fazer com que elas desabassem umas sobre as outras.
Para escapar de tal absurdo, conseqüência DE SUA PRÓPRIA Teoria da Gravitação, Newton serviu-se de um argumento, no mínimo, curioso, afirmado que, se as estrelas desmoronassem por ação da Gravidade, elas deveriam “cair” para o Centro do Universo.
Todavia, como o Universo era tido como INFINITO, e as estrela uniformemente distribuídas pelo Espaço, não existiria nenhum centro para onde as estrelas pudessem cair, afinal, em um Universo infinito, uma dada região é indistinguível das demais.
Em outras palavras, cada estrela sofreria a atração de todas as demais , porém, a média entre as forças, em todas as direções seria nula, ou seja, dessa maneira, não existiria qualquer força que arrastasse sistematicamente a estrela para qualquer ponto de aglomeração.
Todavia, Newton, com essa premissa, acabou por criar um outro paradoxo, impossível de se resolver. O fato de o céu à noite ser escuro, afinal, em um universo infinito, e com infinitas estrelas distribuídas uniformemente em todas as direções, a Terra, obrigatoriamente, receberia uma quantidade infinita de luz o tempo todo.
Esse inquietante paradoxo perdurou por vários séculos e só foi esclarecido através da Teoria do Big Bang.
Vale lembrar que este pequeno detalhe é completamente deixado de lado, seja por desconhecimento básico sobre o assunto, ou propositalmente, de maneira desonesta, pelos defensores do Criacionismo ou teorias alternativas ao Big Bang, como a Teoria do Estado Estacionário.***
*** Para maiores detalhes a respeito das modernas “teorias” alternativas ao Big Bang, ver o tópico ATACANDO O BIG BANG, conforme link abaixo:
http://www.forumnow.com.br/vip/mensagen ... 86&nrpag=1
Voltando ao problema da instabilidade do Universo, 200 anos depois de Newton, um outro Físico se viu às voltas com o mesmo problema.
Quando Einstein publicou a sua Teoria da Relatividade Geral, a moderna Teoria da Gravitação, as descobertas de Hubble ainda não haviam acontecido. Como não existiam evidências em contrário, Einstein, exatamente como Newton, supunha que o Universo fosse estático.
A solução adotada por Einstein para impedir que o Universo implodisse pela ação de sua própria gravidade, foi a adoção de uma força também universal mas de ação contrária a da gravitação.
É curioso notar que Einstein não introduziu tal força repulsiva de uma maneira ad hoc, mas sim, verificando que suas Equações Gravitacionais continham um Termo Opcional, responsável por uma força cujas características e propriedades eram exatamente as desejadas.
Embora a princípio, tudo parecia perfeito, ou seja, esse próprio termo opcional, conseqüências de suas próprias equações, as coisas não eram exatamente assim.
Essa força repulsiva, contrária à gravidade, se bem fácil de se conceber, de uma maneira geral, possuía propriedades totalmente invulgares e desconcertantes.
Ela era imperceptível da Terra, uma vez que séculos de Astronomia planetários não haviam dado qualquer indício de sua existência.
Em outras palavras, embora universal, e de alcance ilimitado, ela não deveria ser sentida a pequenas distâncias, sendo sua intensidade diretamente proporcional ao aumento das distâncias.
De saída, já temos um comportamento diametralmente oposto à todas as forças conhecidas, que se enfraquecem com a distância.***
*** Para sermos rigorosos, a Força Nuclear Forte, a força de ligação entre os Quarks, cujo Bóson Vetorial ou Transportador são os Gluons, aumenta com as distâncias, mas sua atuação não é ilimitada, chegando, no máximo, ao diâmetro do núcleo atômico, onde se apresenta como uma força de coesão do núcleo, ou seja, uma força residual da força entre Quarks.
Vale lembrar, também, que tal força era desconhecida na época da publicação dos trabalhos de Einstein.
Retornando ao ponto, devemos ter em mente que a Força de Repulsão, que aparecia naturalmente das equações de Einstein, não deve ser vista como uma Quinta Força na Natureza. Em realidade, ela nada mais é do que um derivado um tanto quanto insólito da própria Gravidade.
De fato, os efeitos da Repulsão Cósmica podem ser explicados através da Gravidade comum, desde que a fonte do Campo Gravitacional seja um meio dotado de propriedades pouco comuns, porém, plenamente existentes na Natureza.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 4
EM DEMANDA DA ANTIGRAVIDADE II
Vamos tomar um exemplo. Quando analisamos um meio material corrente, do qual um gás é exemplo, percebemos que ele exerce pressão.
Agora, vamos tomar um hipotético “meio cósmico”, que preencheria todo o espaço. Curiosamente, notamos que esse meio exerce “pressão negativa”, ou em outras palavras, tensão.
Par melhor imaginarmos o que está se passando, vamos supor que seria possível confinar esse “meio cósmico” em uma garrafa. Em vez de fazer força para fora, como um gás comum, o “meio cósmico” tenderia a encurvar para dentro as paredes do vasilhame.
Devemos ter em mente que, o fato da pressão negativa, do “meio cósmico”, “aspirar” as paredes do vasilhame que o contém, não está em contradição com a repulsão que ele exerceria sobre as galáxias, uma vez que o Efeito Repulsivo deve-se à gravidade do meio e não à sua ação mecânica. Convém lembrar que as forças mecânicas resultam não da pressão, mas sim, de diferenças de pressão.
De fato, foram essas bizarras propriedades que fizeram Einstein declarar que dispunha de um modelo convincente de um universo estático, onde o equilíbrio era mantido pela contraposição à Gravidade, da força recém descoberta da Repulsão Cósmica.
Por meios de cálculos simples, Einstein determinou qual deveria ser a intensidade dessa força para equilibrar a Gravidade e concluiu que ela deveria ser tão fraca que seria indetectável experimentalmente, tanto à escala do Sistema Solar, quanto à escala galáctica.
Mas isso não resolveu o problema. O ponto crucial era a estabilidade do universo, que seria uma estabilidade dinâmica, ou seja, era necessário se equilibrar com uma precisão absoluta as forças de atração e repulsão e, assim como se passa com outros problemas de equilíbrio, a questão revelou-se extremamente delicada.
Qualquer variação, por mais infinitesimal que fosse, faria uma das forças prevalecer, ou seja, ou o Universo implodiria, ou se dilataria de uma maneira totalmente descontrolada.
Em outras palavras, o mais ligeiro tremor do Universo bastaria para levar a uma catástrofe cósmica.
Esse cenário mudou em 1927, quando Hubble descobriu a Expansão do Universo, tornando obsoletas quaisquer tentativas de elaborar modelos de equilíbrio.
Se Einstein não tivesse perdido tempo com essa visão estática do Universo, visão corrente à época, vale lembrar, possivelmente ele teria chegado ao resultado de que o Universo expandia através da via teórica, fazendo assim, uma previsão incrível uma década antes de Hubble, a qual teria ficado na História como das maiores previsões teóricas de todos os tempos.
Alguns anos depois, Einstein se referiu à Força de Repulsão, sua Constante Cosmológica, como a sua maior tolice.
Todavia, porém, isso não matou a possibilidade da repulsão cósmica.
Embora o intuito inicial de Einstein, com tal hipótese, era explicar porque o Universo era estático, a idéia de que a dinâmica de Universo resultasse da competição entre forças atrativas e repulsivas, perdurou. Por mais que as observações cósmicas não revelassem quaisquer vestígios da Força de Repulsão, também não permitiam concluir que ela não existisse.
De fato, a intensidade dessa força poderia ser demasiadamente fraca para ser detectada.
Vale ressaltar o que já mostravam as próprias Equações da Relatividade.
Em fins de 1917, o astrônomo dinamarquês Willem de Sitter analisou a relatividade geral e enviou a Einstein um relato detalhado, em que resumia o problema e propunha uma solução radical: a relatividade geral funcionaria apenas se todo o universo estivesse explodindo em todas as direções a partir de um ponto inicial.
Posteriormente, em 1922, o matemático soviético Alexander Friedmann derivou de forma independente a solução encontrada pelo dinamarquês. Se Einstein estivesse certo, predisse Friedmann, o universo deveria estar expandindo-se em todas as direções.
Basicamente, vemos que um Universo em Expansão é uma conseqüência das equações da Relatividade Geral.
Este é um grande problema para as teorias concorrentes ao Big Bang, tipo Estado Estacionário, uma vez que, para serem válidas, a Relatividade deveria estar errada, coisas que comentei no tópico ATACANDO O BIG BANG.
http://www.forumnow.com.br/vip/mensagen ... 86&nrpag=4
Existe um ponto que deve ser ressaltado e que será de uma importância impar no desenvolvimento futuro da Teoria do Big Bang.
O modelo apresentado em 1917, o Universo de de Sitter, era peculiar de uma maneira pouco comum. Ele não continha matéria, ou seja, era constituído apenas de Espaço Vazio.
Embora nessa época, a idéia de se ter Espaço Vazio a se expandir fosse apenas uma curiosidade matemática, como veremos na próxima parte, acabou por se revelar admiravelmente profética.
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PARTE 5
INFLAÇÃO – O BIG BANG EXPLICADO
Como vimos, Einstein considerou a necessidade de uma Força Repulsiva para manter o Universo em equilíbrio, por causa da atração Gravitacional.
Após a constatação de que o Universo se expandia, ele percebeu que essa adoção, através de uma Constante Cosmológica, havia sido um tremendo erro, fruto não de uma análise acurada de suas equações, mas sim, da convicção, à época, de que o Universo era estático.
A constatação da expansão, mais o que as soluções da Equações Gravitacionais mostravam, levou à proposta que veio a ser conhecida como Big Bang, nome dado de uma forma pejorativa pelo astrônomo Fred Hoyle, que se opunha à teoria.
Curiosamente, o nome se tornou tão popular que acabou “batizando” a teoria do nascimento explosivo do Universo.
Outra curiosidade é que, apesar de seus excelentes trabalhos em formação de elementos atômicos pesados nas estrelas, em geral, Hoyle é conhecido popularmente por ter criado uma teoria em oposição ao Big Bang, a Teoria do Estado Estacionário, a qual incorporava elementos muito mais “fantasmagóricos”, como a “luz cansada”, do que o próprio Big Bang que ele tanto combatia.
O Estado Estacionário, além de inúmeros problemas primários por resolver (tipo: porque a noite é escura?), batia de frente exatamente com as soluções das Equações da Relatividade Geral, embora isso nunca foi muito bem explorado, ou explicado, para o público leigo, problemas que persistem com os “novos modelos” ou propostas que partem das idéias de Hoyle.
Retornando ao Big Bang, vemos que, apesar da Constante Gravitacional não ter mais utilidade, ainda havia uma questão fundamental: por que o Universo expandia?
Mesmo quando Einstein propôs sua constante, era claro que a força “antigravitacional” ou repulsiva deveria ser muito fraca, ou teríamos conseqüências facilmente mensuráveis ou mesmo, não teríamos Universo algum para ver.
Porém, nessa época, esqueceu-se de uma hipótese. Não foi considerada a possibilidade da Repulsão Cósmica ser produzida não por uma Constante Cosmológica, mas por um processo físico que sofresse evolução à medida que o Universo expandisse.
Caso nessa época tivesse sido concebido um Universo que fosse inicialmente dominado pela repulsão, durante uns breves instantes, que o levaria à expansão para depois, se tornar uma força desprezível, a História da Cosmologia teria sido significativamente diferente.
Em linhas gerais, é exatamente esse cenário que emergiu do trabalho pioneiro de Alan Guth, fortemente respaldado atualmente, nos trabalhos recentes sobre Unificação de Forças Fundamentais, onde as quatro forças existentes seriam apenas aspectos diversos de uma única Força Unificada, existente nos instantes iniciais do Universo.
Propostas recentes e suas respectivas simulações, mostram que da atividade dessa Força Unitária resulta como sub-produto, necessariamente, uma incrivelmente intensa Repulsão Cósmica, e a chave para a sua compreensão encontra-se na natureza do Vácuo Quântico.
O VÁCUO ANIMADO
Em uma primeira vista, o espaço vazio não parece muito prometedor como matéria de estudo, porém, foi exatamente nele em que se encontrou a chave para a compreensão plena das forças da natureza.
Visualizar o Vácuo não é difícil; ele nada mais é do que uma região do espaço da qual foram excluídas todas as partículas, todos os campos, todas as ondas, enfim, uma região de onde se retirou tudo, sobrando apenas espaço vazio.
Todavia, ao iniciarem os estudos em Teoria Quântica de Campos, os físicos perceberam que o Vácuo não era, de forma alguma, aquilo que eles desde sempre haviam pensado que fosse. A Natureza Quântica da Realidade se mostrava de maneira inequívoca, mesmo na ausência de qualquer partícula.
O início de tudo se deu quando da aplicação do Princípio da Incerteza de Heisenberg à energia.
Com isso, percebeu-se que mais um “pilar” da Física Clássica ia por terra. Graças aos efeitos quânticos, durante intervalos muito curtos de tempo, o Princípio da Conservação da Energia podia ser violado.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 6
O VÁCUO ANIMADO II
Em função dessa violação do Princípio da Conservação da Energia, como vimos, é possível conceder empréstimos de energia destinados a inúmeros e variados fins, como por exemplo, criar partículas.
Qualquer partícula produzida por esse processo tem um tempo de duração, uma vida, muito breve, uma vez que a energia que encerram, a energia que foi “tomada emprestada”, tem que ser restituída em poucos instantes.
Todavia, tal processo permite que essas partículas emirjam do nada e desfrutem de uma breve existência, antes de desaparecerem novamente.
Devemos ter em conta que, além de tal processo ser plenamente comprovado e demonstrado, nada pode suprimir tal atividade. Por mais vazio que o espaço esteja, sempre conterá uma infinidade dessas partículas transitórias, exatamente em decorrência do Princípio da Incerteza de Heisenberg.
Tais partículas são chamadas de virtuais, uma vez que não podem ser vistas, mas deixam vestígios físicos, que podem ser observados, de sua breve existência. O espaço aparentemente vazio fervilha de partículas virtuais. O vácuo não é algo inerte e sem forma, mas sim, animado e crepitante de energia.
Como podemos perceber, longe está a visão de um universo onde a ordem impera, como pensam muitos. Vamos analisar o que se passa com uma partícula real.
Pelo exposto, um elétron, por exemplo,deve sempre ser visto contra esse pano de fundo de atividade frenética.
Ao deslocar-se pelo espaço, o elétron está, na realidade, a nadar em um mar de partículas fantasmas de todas as espécies, léptons, quarks e todo tipo de bóson portadores virtuais, debatendo-se em furiosa e caótica desordem.
A presença do elétron perturba a atividade irredutível do Vácuo que, por sua vez, reage sobre o elétron. Mesmo em repouso, o elétron não está imune a tal efeito, pois sofre o constante bombardeamento das mais variadas partículas virtuais.
Imaginemos uma inteiração das mais simples. Dois elétrons ao se deslocarem, trocam um fóton, o transportador da Força Eletromagnética ou quanta do Campo Eletromagnético.
Essa troca deve ser vista como uma perturbação sobreposta à rede de intercâmbios virtuais pré-existentes.
Uma descrição correta das forças que se exercem entre as partículas deve obrigatoriamente levar em conta todos os quantas virtuais adicionais.
Na presença de campos de força, a experiência total de uma partícula incluirá os processos de troca de dois, três ou mais bósons portadores, inteirações dos portadores com as partículas do vácuo e destas com as partículas emissoras e receptoras.
Em outras palavras, a cada instante, o número de inteirações possíveis será infinito!
Em face disso tudo, tornou premente, no final dos anos 70, que era necessário uma reapreciação drástica da natureza física do vácuo, ou do espaço vazio.
A teoria de partículas, mais precisamente o Modelo Padrão das Partículas Elementares mostrava que o Vácuo podia excitar-se ou assumir diferentes estados de energia, tal qual um átomo que pode se encontrar em um de vários estados.
Embora aparentemente idênticos, os diferentes estados do Vácuo apresentavam propriedades muito distintas.
Uma das propriedades mais importantes do Vácuo é a sua pressão que, curiosamente, independentemente do estado energético, é sempre negativa.
Vimos anteriormente como uma pressão negativa de Vácuo tem a característica de exercer uma força repulsiva, similar à Constante Cosmológica idealizada por Einstein e introduzida por este, nas equações da Relatividade Geral, com o intuito de sustentar um Universo Estático.
Porém, a repulsão proveniente do Vácuo é 10 elevado a 120 vezes mais intensa que a repulsão da Constante Cosmológica.
Essa era a peça que faltava no quebra-cabeça. Finalmente, estava aberto um caminho para explicar como havia sido possível um Big Bang.
Imagine que o Universo começou se encontrando em um Estado Excitado de Vácuo, chamado pelos físicos de Falso Vácuo.
Nesse estado, a Repulsão Cósmica seria de tal intensidade que chegaria ao ponto de desencadear uma expansão violentamente rápida.
Nesta fase, o Universo assemelha-se ao modelo de de Sitter, comentado anteriormente, com a diferença de que, de Sitter concebera um Universo vazio expandindo-se tranqüilamente ao longo de eras astronômicas, enquanto que a fase dominada pelo Falso Vácuo estaria longe de ser pacífica e ordenada. Em uma tal fase, o nosso Universo duplicou de tamanho a cada 10 elevado a MENOS (!!) trinta e quatro segundos!
Essa superexpansão se dá de uma maneira característica, com as distâncias aumentando exponencialmente, ou seja, qualquer região do Universo duplicaria constantemente de tamanho a cada 10 elevado a menos trinta e quatro segundos.
Esse tipo de expansão descontrolada foi batizada de Inflação, e tal conceito introduzido, pela primeira vez em 1980, por Alan Guth, do MIT.
Sob a influência de uma expansão cada vez mais rápida, o Universo teria se dilatado explosivamente.
Foi exatamente nisso que consistiu o Big Bang.
Mas porque então tal expansão acelerada não continuou para sempre?
A resposta é simples.
Como acontece com todos os Sistemas Quânticos Excitados, também o Falso Vácuo é instável e tende a decair.
Quando isso ocorreu, a Força de Repulsão desapareceu, travando a Inflação e colocando o Universo sob o julgo da Gravidade comum, ou atrativa.
Obviamente, o Universo continuaria a se expandir em função do fantástico ímpeto inicial conferido pelo período inflacionário, embora sua tendência seria se desacelerar face à Força Gravitacional.
O destino final do Universo, no caso Expansão Assintótica para sempre ou Expansão Freada e conseqüente colapso, depende da Densidade de Matéria / Energia do Universo.
Como frisamos antes, não estamos considerando as recentes evidências de que o Universo está se Expandindo com uma aceleração crescente, mas isso não invalida ou altera significativamente nossas conclusões.
Retomando a questão, um ponto que deve ficar muito bem frisado é que, de acordo com a Teoria Inflacionária, o Universo teve seu início em um Estado de Vácuo desprovido tanto de matéria quanto de radiação, e isso é de extrema importância para compreendermos que a analogia utilizada por muitos que questionam a possibilidade da existência do Big Bang, a de que, tal como em um Buraco Negro, nada poderia se expandir, não é válida.
Um Buraco Negro nasce a partir de um corpo celeste material e, de acordo com as equações da Relatividade Geral, irá colapsar até um ponto singular.
Já a Singularidade Inicial não é similar ou igual à Singularidade do Buraco Negro, por ser desprovida de Massa / Energia.
Com isso, demonstramos que o argumento inicialmente utilizado, e apresentado no início deste tópico, se mostra incorreto, sendo inválido para concluir que o Big Bang nunca poderia ter ocorrido e, portanto, de acordo com que o propôs, tal fato implicava na existência de um deus que determinou que as coisas se dessem como deram.
Após isso tudo, resta uma questão: como fica o cenário do início extremamente quente do Big Bang e de onde veio a Matéria que compões nosso Universo?
É uma boa questão.
Devemos lembrar que ao cessar a Inflação, o Universo era frio e vazio. Porém, frações imensuráveis de tempo depois, encheu-se de um calor intenso, conseqüência da Radiação Térmica proveniente das colossais reservas de energia contidas no Falso Vácuo.
Ao decair, o Falso Vácuo liberou sua energia sob a forma de radiação, a qual aqueceu instantaneamente o Universo à temperatura de 10 elevado a sétima potência, em graus Kelvin.
Deste ponto em diante, tudo se passa conforme a Teoria Padrão do Big Bang.
A Energia Térmica engendrou Matéria e Antimatéria, o Universo começou a arrefecer e, passo a passo, todas as estruturas que observamos hoje começaram a “congelar”.
A Teoria Inflacionária resolve o problema das causas do Big Bang. Sabemos hoje que foi o próprio Espaço que “explodiu”, devido ao poder repulsivo do Vácuo Quântico.
Mas ainda fica uma pergunta no ar.
A enorme energia da deflagração primordial, a energia geradora de toda a matéria e toda a radiação que observamos no Universo atual, deve ter vindo de algum lado.
A existência do Universo não estará explicada enquanto não tivermos remontado à origem da Energia Primordial.
Este será o tema de nossa próxima parte.
COMO PODE OCORRER O BIG BANG?
PARTE 7
CRIAÇÃO A PARTIR DO NADA
O Universo nasceu em meio a uma gigantesca explosão. A energia da explosão sobrevive ainda hoje na Radiação Térmica de Fundo e na Matéria Cósmica, os átomos que compõem as estrela, planetas, etc, sob a forma de MASSA, ou ENERGIA ARMAZENADA.
Ela ainda se manifesta, também, nos movimentos das galáxias e nas revoluções de todos os corpos celestes. A Energia Primordial pôs o Universo em marcha e o sustenta até hoje.
Mas de onde veio essa energia? Segundo a Teoria Inflacionária, veio do Vácuo Quântico. Contudo, será essa resposta satisfatória? Afinal, sempre podemos perguntar como foi que o vácuo Quântico adquiriu energia.
O grande problema é que, ao inquirirmos sobre a proveniência da Energia, estamos fazendo uma importante suposição a respeito de sua natureza. Uma das leis fundamentais da Física é a lei da Conservação da Energia, segundo a qual, por mais numerosas transformações que a Energia sofre, sua quantidade total permanece constante, o que nos remete a um impasse:
Se a Energia não pode ser criada, nem destruída, de onde veio a Energia Primordial?
Novamente, para muitos, a resposta está em deus ou alguma outra entidade mística, sendo a quantidade de energia mais uma “condição inicial” milagrosa.
Contudo, mais uma vez, não há a necessidade de se apela para o divino e o sobrenatural para se ter uma resposta. A Teoria da Inflação fornece uma resposta científica à questão.
O segredo é que, segundo a teoria, o Universo começou por ter energia essencialmente nula, tendo sido capaz de a engendrar nos primeiros 10 elevados a menos 32 segundos.
A chave para isso está no fato de que a Lei da Conservação da Energia NÃO se aplica, no sentido habitual, em uma Realidade Quântica de um Universo em Expansão.
Em realidade, não se trata de nada novo ou desconhecido. Como vimos, a expansão cosmológica é responsável pelo arrefecimento do Universo. Ao longo de bilhões de anos, a Energia Térmica, antes absurdamente intensa, caiu para próxima do Zero Absoluto, o que sucinta uma questão:
Para onde foi toda a Energia Térmica?
A resposta é que ela foi, de certa forma, consumida na expansão do Universo, acrescentando a sua pressão ao vigor explosivo do Big Bang.
Se tomarmos o exemplo de um fluido qualquer, como um gás, sabemos, da Termodinâmica Básica, que quando ele se expande, ele realiza trabalho à custa de sua energia interna.
Todavia, esta imagem, comum ao cotidiano de nosso Domínio Quase Clássico Familiar (ver o tópico A REALIDADE QUÂNTICA) contrasta nitidamente COM A Repulsão Cósmica, que se comporta como um fluido com PRESSÃO NEGATIVA, como vimos nas partes anteriores deste tópico.
Uma característica muito peculiar de um fluido com tais propriedades é que sua Energia AUMENTA à medida que ele se expande, em vez de diminuir.
E foi exatamente isso o que ocorreu no chamado Período Inflacionário, em que a Repulsão Cósmica trouxe o Universo a um estado de Expansão Acelerada.
A Energia Total do Vácuo aumentou até atingir, no final da Fase Inflacionária, um valor inacreditavelmente elevado. Assim que a Inflação cessou, toda essa energia foi liberada numa única deflagração, gerando todo o calor e toda a matéria que brotaram do Big Bang.
Deste ponto em diante, passou a dominar a Expansão Convencional à Pressão Positiva, tendo a Energia (calor) começado a declinar novamente.
Em outras palavras, o Vácuo, com sua Pressão Negativa, produz uma poderosa Força Repulsiva, que é responsável pela sua própria Expansão Acelerada, a qual, por sua vez, lhe fornece energia em quantidades crescentes, ou seja, sua instabilidade intrínseca leva-o a se expandir e a gerar, permanentemente, energia a troco de nada.
O Processo Inflacionário somente ocorre, como vimos, porque o Vácuo é passível de se encontrar em um Estado Excitado, tal que um elétron, por exemplo. O método descrito acima só se encerra através do Decaimento Quântico do Falso Vácuo, algo que aconteceu nos instantes iniciais do Universo e é similar a uma Transição de Fase, como água se transformando em gelo. Essa Transição de Fase se dá através de uma Quebra Espontânea de Simetria, também, de uma maneira similar a água congelando.
Voltando ao ponto, vemos aqui que o Vácuo é a FONTE MILAGROSA que abastece a Natureza de Energia. Em princípio, não existe nenhum limite para a quantidade de energia gerada pela Expansão Inflacionária.
A Teoria Inflacionário é uma proposta científica revolucionária que colide frontalmente com a tradição secular de que DO NADA, NADA PODE VIR.
Até há pouco, a criação a partir do nada era apenas de domínio da religião, com deus tendo criado o Universo a partir do nada. O Modelo Inflacionário, mais uma vez, elimina a divindade desnecessária e apresenta um panorama onde matéria e energia brotam espontaneamente, em conseqüência de processos puramente físicos.
A Ciência, inclusive, apresenta uma interpretação alternativa, para aqueles que vêem com desconforto a idéia de energia brotando do nada.
Uma vez que a Força Gravitacional é atrativa, é necessário se realizar trabalho para afastar os corpos um dos outros, o que implica que a Energia Gravitacional, de um sistema de corpos, é negativa, o que implica que, se juntarmos mais corpos ao sistema, liberta-se mais energia, enquanto a energia do sistema se torna mais negativa, de modo a conservar a energia total.
Nesse contexto do Universo Inflacionário, a Energia Gravitacional Negativa da matéria recém criada, compensaria o calor e a matéria criados, conservando NULA a Energia Total do Universo, ou seja, não se teria dado, afinal, criação de qualquer energia!.
Em resumo, o que o Modelo Inflacionário nos mostra é que a Energia necessária ao Universo para criar e animar a matéria, e para alimentar seu próprio nascimento fulgurante, provém UNICAMENTE de sua NATUREZA FÍSICA
É esta CRIAÇÃO A PARTIR DO NADA, a cujas fantásticas potencialidades devemos a nossa existência.
Fayman
autor de:
OS GUARDIÕES DO TEMPO
RELÂMPAGOS DE SANGUE
ANJO - A FACE DO MAL
AMOR VAMPIRO
(Coletânea 7 autores)
http://www.antigo.religiaoeveneno.com.br/viewtopic.php?f=1&t=958&hilit=f%C3%ADsica+qu%C3%A2ntica&sid=f875806ec6df41691507cfc0bf8e9c9f
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