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 ser responsável pela matéria escura e energia escura, resolvendo vários problemas ao mesmo tempo.
A idade amplamente aceita do universo, estimada pela relatividade geral, é de 13,8 bilhões de anos. No começo, pensa-se que tudo que existe existe ocupou um único ponto infinitamente denso, ou singular. Somente após esse ponto começar 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 veem como problemática porque a matemática pode explicar apenas 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 entrar em colapso”, disse Ahmed Farag Ali, da Universidade de Benha e da Cidade de Ciência e Tecnologia de Zewail, ambas no Egito, ao Phys.org.
Ali e a coautora 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.
Ideias antigas revistas
Os físicos enfatizam que seus termos de correção quântica não são aplicados na tentativa de eliminar especificamente a singularidade do Big Bang. Seu trabalho é baseado em idéias do físico teórico David Bohm, que também é conhecido por suas contribuições à filosofia da física. A partir da década de 1950, Bohm explorou a substituição da geodésica clássica (o caminho mais curto entre dois pontos em uma superfície curva) por trajetórias quânticas.
Ali e Das aplicaram essas trajetórias bohmianas a uma equação desenvolvida na década de 1950 pelo físico Amal Kumar Raychaudhuri na Universidade Presidencial de Calcutá, na Índia. Raychaudhuri também foi professor de Das quando ele era estudante 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 da teoria quântica e 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 de “grande crise”. Na relatividade geral, um destino possível do universo é que ele começa a encolher até desmoronar sobre si mesmo em uma grande crise e se tornar um ponto infinitamente denso mais uma vez.
Ali e Das explicam em seu artigo que seu modelo evita singularidades devido a uma diferença fundamental entre a geodésica clássica e as trajetórias bohmianas. A geodésica clássica acaba se cruzando e os pontos em que convergem são singularidades. Por outro lado, as trajetórias bohmianas nunca se cruzam; portanto, singularidades não aparecem nas equações.
Em termos cosmológicos, os cientistas explicam que as correções quânticas podem ser pensadas como um termo constante cosmológico (sem a necessidade de energia escura) e um termo de radiação. Esses termos mantêm o universo em um tamanho finito e, portanto, lhe dão uma idade infinita. Os termos também fazem previsões que concordam estreitamente com as observações atuais da constante cosmológica e da 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 possa ser composto de gravitons – partículas hipotéticas sem massa que mediam a força da gravidade. Se existirem, acredita-se que os gravitons desempenhem um papel fundamental em uma teoria da gravidade quântica.
Em um artigo relacionado, Das e outro colaborador, Rajat Bhaduri, da McMaster University, Canadá, deram mais crédito a esse modelo. Eles mostram que os gravitons podem formar um condensado de Bose-Einstein (em homenagem a Einstein e outro físico indiano, Satyendranath Bose) a 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 o estudo, levando em consideração pequenas perturbações não homogêneas e anisotrópicas, mas eles não esperam que pequenas perturbações afetem significativamente os resultados.
“É satisfatório observar que essas correções diretas podem potencialmente resolver muitos problemas ao mesmo tempo”, disse Das.
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