Modelo de Steinhardt e Turok

Como já descrevemos (ler artigo) o modelo do Big Bang para o universo fornece boa explicação para muitas características observadas. Os campos inflacionários, incluídos de modo natural em consideração à natureza quântica dos campos existentes, serviram para explicar uma expansão muito rápida em um universo jovem (dentro do primeiro segundo após o Big Bang). A rápida expansão tem o efeito de explicar a homogeneidade, além de estar em plena conformidade com a descrição de como pequenas ondulações ou desvios desta homogeneidade deram origem às grandes estruturas, galáxias e aglomerados. A energia escura foi adicionada mais tarde, sem uma motivação ou esclarecimento teórico mais profundo, mas necessária para explicar a aceleração hoje observada.

Neil Turok

Um modelo alternativo para explicar as características atuais observadas, principalmente a homogeneidade, foi proposto por Paul Steinhardt e Neil Turok, no início da década de 2000. Neste modelo o espaço-tempo não teria começado a existir a partir de um momento determinado (o Big Bang) mas existia antes disto, sendo eterno e passando por ciclos infinitos de expansão, interrupção da expansão e um nova explosão. Em cada um destes ciclos o universo se inicia com alta densidade de matéria-radiação em alta temperatura e atravessa um período de expansão e resfriamento compatível com o modelo padrão. Mais tarde,14 bilhões de anos depois da explosão, aproximadamente a idade em que nos encontramos atualmente, a aceleração é aumentada, diferente do que seria observado no modelo padrão constituído apenas de matéria ordinária (uma vez que a gravitação é apenas atrativa). Esta aceleração, vale lembrar, é possível de ser observada hoje. Trilhões de anos mais tarde o universo tem um volume muito grande para o mesmo conteúdo de matéria-energia que, por isto, se apresenta com baixa densidade e baixa temperatura, e a expansão é interrompida. Neste ponto, segundo este modelo, um campo de energia que existe por todo o universo decai sob a forma de matéria e radiação, dando origem a um novo big-bang e um novo ciclo dai decorrente.

O modelo Steinhardt e Turok

O modelo de Steinhardt e Turok substitui a energia escura e o campo inflacionário por um único campo que oscila de forma a provocar a expansão e, mais tarde, sua desaceleração. Desta forma ele requer uma menor quantidade de componentes ou hipóteses, o que é visto como algo positivo pela mentalidade científica. Seus proponentes alegam ainda que ele fornece uma forma mais eficaz de previsão do futuro do universo em seus ciclos infinitos e repetitivos. Este modelo cíclico combina conceitos físicos bem estabelecidos com outros que são bem aceitos como modelos teóricos mas não foram verificados na observação, tais como a teoria das cordas e das membranas, ambas destinadas a solucionar o problema da unificação entre o campo gravitacional e os demais campos.

Em termos matemáticos, apesar de sua complexidade, o modelo pode conduzir a imagens gráficas interessantes. Neste tipo de modelo o universo é composto por duas folhas paralelas e infinitas (nestas folhas está o espaço-tempo onde vivemos) separadas por uma distância microscópica. Esta separação ocorre em uma dimensão extra que não podemos ver ou sequer testar experimentalmente com a tecnologia hoje existente. No presente as folhas estão se expandindo em todas as direções, em acordo com o modelo padrão, enquanto a matéria se rareifica. Trilhões de anos mais tarde o universo se encontrará praticamente vazio e as folhas interromperão sua expansão, começando a se aproximar uma da outra com o colapso da quinta dimensão (o que significa que a quinta dimensão começará a se encolher). As folhas colidirão de forma não completamente homogênea, uma vez que as oscilações quânticas provocam ondulações no espaço, e se repelirão – como se rebatidas ou quicadas – também por efeito quântico – e o impacto da colisão transferirá sua energia para preencher mais uma vez o espaço com a matéria-energia quente e densa. Esta colisão é o que hoje denominamos Big Bang. Depois de as folhas terem se separado elas retomarão a expansão, espalhando seu conteúdo que novamente se resfriará permitindo a aglutinação de estrelas e galáxias em um novo universo, muito similar ao atual.

A expansão ou contração de objetos infinitos pode apresentar alguma dificuldade para a compreensão. Como as folhas são infinitas elas não ficam maiores com a expansão. O que ocorre é a separação crescente entre pontos deste espaço, o aumento de um “fator de escala”, que é percebido como o afastamento de galáxias e grupos galácticos. As folhas ou membranas não são universos paralelos, como propõem outro grupo de teorias. Pelo contrário, elas são facetas de um mesmo universo, uma delas contendo toda a matéria comum que conhecemos e a outra com conteúdo que permanece, por enquanto, desconhecido. Especula-se, por exemplo, que a segunda folha poderia estar preenchida pela “matéria escura” que tanto intriga os pesquisadores atuais. As duas folhas interagem apenas por meio da gravidade, objetos com massa em uma folha atraindo a matéria que se encontra na outra folha, algo que poderá vir a ser uma boa explicação para a presença da matéria escura, cujo efeito sobre a matéria comum é apenas inferido por meio da atração gravitacional.

Alguns pequisadores consideram um grande avanço o fato de que esta teoria pode fornecer respostas, ou pelo menos indicações de repostas, para problemas não tratados pelo modelo do Big Bang. Entre estes problemas está a questão do que havia antes da Grande Explosão, do que deu origem à matéria hoje observada, ou do porque e como este campo primordial entrou em fase de relaxamento cedendo sua energia para a formação da matéria. O modelo é bem sucedido em reproduzir a descrição padrão no intervalo de tempo entre a Explosão e o presente mas ainda não se pode concluir, com base no observado, que suas demais previsões estão corretas. Ele permanece portanto como uma conjectura – bastante especulativa, por sinal – mas uma possibilidade que pode um dia ser comprovada ou levar à novos paradigmas de entendimento em cosmologia.

(1) Esta teoria é um modelo especulativo, uma tentativa para se explicar diversos problemas no modelo do Big Bang padrão. Para uma diferenciação entre modelos, teorias especulativas e teorias comprovadas e aceitas leia: Hipótese, Modelo e Teoria em Física.

Resta aos proponentes da teoria aperfeiçoá-la e extrair do modelo novos comportamentos que possam ser observados e que não são explicados por nenhuma das demais teorias candidatas1. O fato de que existe um modelo matemático internamente consistente é uma boa motivação para que novos pesquisadores se dediquem a aprofundar o entendimento deste modelo, refazendo alguns aspectos e explorando suas consequências. No entanto a consistência lógica e matemática não é suficiente. Ela deve ser extendida para o domínio da verificação empírica antes que esta seja considerada uma teoria física aceita. E aos pesquisadores motivados e entusiasmados com seus próprios projetos de deve pedir que saibam diferenciar, para o grande público, a especulação da teoria aceita.



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