O universo pode ter existido para sempre, de acordo com um novo modelo que aplica termos de correção quântica para complementar a teoria da relatividade geral de Einstein. O modelo também pode levar em conta a matéria escura e a energia escura, resolvendo vários problemas de uma vez.
A idade amplamente aceita do universo, estimada pela relatividade geral, é de 13,8 bilhões de anos. No início, tudo o que existe é pensado para ter ocupado um único ponto infinitamente denso, ou singularidade. Só depois que esse ponto começou a se expandir em um “Big Bang” é que o universo começou oficialmente.
Embora a singularidade do Big Bang surja direta e inevitavelmente da matemática da relatividade geral, alguns cientistas a consideram problemática porque a matemática só pode explicar o que aconteceu imediatamente depois – não na ou antes – da singularidade.
“A singularidade do Big Bang é o problema mais sério da relatividade geral porque as leis da física parecem se quebrar ali”, disse Ahmed Farag Ali, da Universidade Benha e da Cidade de Ciência e Tecnologia de Zewail, ambas no Egito, ao Phys.org.
Ali e o co-autor Saurya Das da Universidade de Lethbridge em Alberta, Canadá, mostraram em um artigo publicado na Physics Letters B que a singularidade do Big Bang pode ser resolvida por seu novo modelo no qual o universo não tem começo nem fim.
Velhas ideias revisitadas
Os físicos enfatizam que seus termos de correção quântica não são aplicados ad hoc na tentativa de eliminar especificamente a singularidade do Big Bang. O trabalho deles é baseado nas ideias do físico teórico David Bohm, também conhecido por suas contribuições à filosofia da física. Começando na década de 1950, Bohm explorou a substituição da geodésica clássica (o caminho mais curto entre dois pontos em uma superfície curva) por trajetórias quânticas.
Em seu artigo, Ali e Das aplicaram essas trajetórias bohmianas a uma equação desenvolvida na década de 1950 pelo físico Amal Kumar Raychaudhuri na Presidency University em Calcutá, Índia. Raychaudhuri também foi professor de Das quando era aluno de graduação dessa instituição nos anos 90.
Usando a equação de Raychaudhuri com correção quântica, Ali e Das derivaram as equações de Friedmann com correção quântica, que descrevem a expansão e evolução do universo (incluindo o Big Bang) dentro do contexto da relatividade geral. Embora não seja uma teoria verdadeira da gravidade quântica, o modelo contém elementos tanto da teoria quântica quanto da relatividade geral. Ali e Das também esperam que seus resultados se mantenham, mesmo se e quando uma teoria completa da gravidade quântica for formulada.
Sem singularidades nem coisas escuras
Além de não prever uma singularidade do Big Bang, o novo modelo também não prevê uma singularidade “big crunch”. Na relatividade geral, um destino possível do universo é que ele comece a encolher até que desmorone sobre si mesmo em uma grande crise e se torne um ponto infinitamente denso mais uma vez.
Ali e Das explicam em seu artigo que seu modelo evita singularidades por causa de uma diferença fundamental entre a geodésica clássica e as trajetórias Bohmianas. As geodésicas clássicas eventualmente se cruzam e os pontos para os quais convergem são singularidades. Em contraste, as trajetórias Bohmianas nunca se cruzam, portanto, as singularidades não aparecem nas equações.
Em termos cosmológicos, os cientistas explicam que as correções quânticas podem ser pensadas como um termo de constante cosmológica (sem a necessidade de energia escura) e um termo de radiação. Esses termos mantêm o universo em um tamanho finito e, portanto, dão a ele uma idade infinita. Os termos também fazem previsões que concordam intimamente com as observações atuais da constante cosmológica e densidade do universo.
Nova partícula de gravidade
Em termos físicos, o modelo descreve o universo como sendo preenchido com um fluido quântico. Os cientistas propõem que esse fluido pode ser composto de grávitons – partículas hipotéticas sem massa que medeiam a força da gravidade. Se eles existem, acredita-se que os grávitons desempenhem um papel fundamental na teoria da gravidade quântica.
Em um artigo relacionado, Das e outro colaborador, Rajat Bhaduri, da Universidade McMaster, Canadá, deram mais crédito a esse modelo. Eles mostram que os grávitons podem formar um condensado de Bose-Einstein (em homenagem a Einstein e outro físico indiano, Satyendranath Bose) em temperaturas que estavam presentes no universo em todas as épocas.
Motivados pelo potencial do modelo para resolver a singularidade do Big Bang e explicar a matéria escura e a energia escura, os físicos planejam analisar seu modelo com mais rigor no futuro. Seu trabalho futuro inclui refazer seu estudo levando em consideração pequenas perturbações não homogêneas e anisotrópicas, mas eles não esperam que pequenas perturbações afetem significativamente os resultados.
“É gratificante notar que tais correções simples podem potencialmente resolver tantos problemas de uma vez”, disse Das.
Publicado em 26/12/2021 14h03
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