Contagem Regressiva ou Contagem Progressiva em relação a uma tema bem conhecido de nome: A Grande Explosão ou em inglês "The Big Bang" – o nascimento do Universo. Antes da Grande Explosão, nós não podemos falar o que existia, pois nem se quer nós temos a compreesão do que havia lá. Por isso, o NADA é a melhor opção. A grande Explosão divide-se para termos de estudos, em duas partes: A primeira,. antes da explosão e a segunda, depois da explosão. Nós só podemos "falar", "argumentar" e "construir" algo em relação ao que aconteceu depois. No NADA, nós não tinhamos espaço, pois não existia um lugar para que algo pudesse existir, e nem o tempo pois não existia espaço para que o tempo começasse a fluir. Mas porquê o NADA não ficou como estava? O que alguns cientistas dizem é que ele sofreu uma pertubação, ou como eles chamam, de flutuação no vácuo. É como uma poça de água parada quando pertubada pelas gotas d’águas da chuva. Antes a superfície da poça está tranquila e a gota simplismente destrói essa tranquilidade e irropem uma série de ondulações sobre ela.

Precisamos de um começo para o nós nascemos e a partir dele estabelecer uma análise e construção criteriosa do Nosso Universo sob a luz da Ciência dos fenômenos descobertos, aprendidos e controlados no Século XX. O primeiro homem a propor uma teoria, em 1927, para um começo de Universo foi um padre e cosmólogo Georges – Henri Édouard Lemaître: O Átomo Primordial. Sua idéia era: toda a matéria estava concentrada no que chamou de Átomo Primordial, do qual se partiu numa enorme fissão nuclear, dando origem aos elementos químicos. Nessa mesma linha de A Grande Explosão, o físico russo, naturalizado americano, George Antonovich Gamow propôs um modêlo de fusão. A "matéria primordial" é uma mistura de partículas hylem, nome dado por Aristoteles. Essas partículas hylem se aglomeraram em elementos mais pesados por fusão nas condições iniciais. Na primeira meia hora de vida do Universo se formaram todos os elementos químicos. Foi uma boa proposta, mas as condições iniciais do Universo só formaram elementos leves, como o hidrogênio e o hélio em abundância. Na verdade, os elementos mais pesados se formaram depois no interior das estrelas ou em eventos de supernovas.

Esse início dado ao Universo, nós devemos a Albert Einstein - uns dos maiores cientistas do século XX. Em 1905, ele elabora a Teoria da Relatividade Especial. Nela um dos tópicos pincípais é que a velocidade da luz é constante no vácuo e não depende da velocidade de movimento da fonte propagadora e a física dos fenômenos é a mesma em qualquer lugar. Em 1916, ele amplia sua teoria e cria a Teoria da Relatividade Geral (TRG). Nela, ele introduz um novo conceito de gravitação. Até então a gravitação era vista ao modo de Isaac Newton: uma força atrativa entre corpos. Matéria atrai matéria em qualquer lugar do espaço. Já com a TRG a gravitação passa a ser uma deformação do espaço – tempo. Einstein acredita no modêlo de um universo estático (Universo Estacionário). Nesse modelo, o Universo sempre existiu. A matéria é criada a partir do vácuo e continua sendo criada continuamente. Por considerar o universo estático, Einstein teve que condicionar suas equações da TRG, para esse fim. Por isso, ele criou uma constante, a famosa "constante cosmológica". A constante cosmológica é um número que aplicado as sua equações reproduz o modelo do Universo Estacionário a ser descrito mais adiante. Outro ponto adotado na TRG é o Princípio Cosmológico: ,O Universo parece ser o mesmo (isotrópico e homogêneo) em todas as direções.
 

cosmologia-fig-01.gif 6.86 KB Figura 01: Albert Einstein

Na mesma década Alexander Friedmann, matemático e meterologista russo,descobriu uma família de soluções das equações da Teoria da Relatividade Geral do físico Albert Einstein. Segundo Friedmann, de acordo com suas equações, nós temos três tipos de Universo quando a constate cosmológia é nula:

Primeiro, a densidade do Unverso é alta o suficiente para reverter a expansão, nós vivemos num Universo Fechado;

Segundo, a densidade do Universo não é alta e nem baixa, nós vivemos num Universo Plano. Ele stá em expansão para sempre mas as velocidades das galáxias vão diminuindo chegando a zero no infinito. Observamos aqui que nessa época o conceito de galáxia como nós conhecemos hoje ainda não estava claro;

Terceiro, a densidade do Universo é baixa. Nós vivemos num Universo Aberto que se expandirá para sempre.

Por causa dos trabalhos realizados por Lemaître e Friedmann, eles são considerados os pais da Cosmologia.

Os modelos propostos para o Universo indicam três situações distintas envolvendo ou uma expansão indefinida, ou uma expansão que num determinado momento cessará, ou uma expansão seguida no final de uma contração. Qual desses modelos é a solução que mais se encaixa com a realidade presente do Nós Vivemos.

Precisamos definir se o Universo está expandindo ou se está contraindo-se. O caminho para essa resposta começou em 1912. Vesto Melvin Slipher descobriu que as linhas espectrais das estrelas na então nebulosa de Andrômeda mostravam um enorme deslocamento para o azul. O que são linhas espectrais e deslocamento?

A luz emitida por uma fonte qualquer pode ser decomposta naquilo que chamamos de espectro, por exemplo: o arco-íris é um espectro da luz visível. Se você jogar uns grãos de cloreto de sódio, o sal de cozinha, sobre a chama do fogão, nós veremos uma luz amarela. Essa luz amarela é típica do Sódio ao ser aquecido a altas temperaturas. Igualmente para o mércurio, um metal líquido, quando aquecido ou estimulado dentro de uma âmpola a baixa pressão com uma descarga elétrica produz uma luz bem azul – a nossa lâmpada de mercúrio da iluminação pública. Cada elemento químico tem um padrão bem definido de linhas coloridas, as linha espectrais, que ele emite quando submetido a altas temperaturas. A linha espectral é uma espécie de impressão digital do elemento químico, é única.

As estrelas possuem os mais variados elementos químicos da tabela períodica até o ferro. Devido as temepraturas elevadas do seu núcleo e da superfície, ao produzirmos o espectro atra’ves de um prisma ou outro aparelho para esse fim e ao analizarmos a luz emitida por elas, nós podemos identificar os padrões de linhas ali presentes. Desse modo, nós identificamos quais os elementos químicos ali presentes.

Outra evidência percebida é o deslocamento. Através do padrão de linhas, nós sabemos qual é o elemento químico ali presente, mas Slipher notou algo de interessante ao comparar com o espectro de um mesmo elemeto químico emitido numa fonte em laboratório. O padrão das linhas estava lá, mas estava deslocado. No caso a seqüências das linhas estava mais para o azul.

Iniciou então um trabalho sistemático que demorou duas décadas, demostrando que das 41 galáxias que ele estudou a maioria apresentava deslocamento para o vermelho. Em inglês deslocamento para o vermelho é reshifh. Mas o que significa esses deslocamentos ?

Slipher ao estudar os espectros das estrelas de outras "galáxias" percebeu que essas linhas espectrais apareciam mais na direção do vermelho do espectro, isto é, que os elementos apresentavam um deslocamento para o vermelho (redshifht) e portanto as "galáxias" estavam se afastando e as que apresentavam um deslocamento para o azul (blueshifht) é que estavam se aproximando. Isso é o chamado Efeito Doppler. Qualquer um já notou quando um carro em alta velocidade se aproxima o som parece agudo e após a passagem o som torna-se grave. A mesma coisa com um avião a jato e igualmente com os carros de corrida na Formula 1. Um som agudo seguido de um grave. O som aguda indica aproximação eo som grave indica afastamento.

Efeito Doppler ou deslocamento das linhas, como nós devemos interpretar esse resultado experimental? A resposta: Com o recém instalado telescópio de 2,5m de diâmetro do Monte Wilson, na Califórnia, Edwin Powell Hubble, em 1929, observando o deslocamento para o vermelho nas linhas espectrais das "galáxias" observadas por Milton La Salle Humason, e medindo ele próprio suas distâncias por outros métodos astronômicos baseados no comportamento flutuante mas regular do brilho emitido por determinadas estrelas muito bem conhecidas formulou a seguinte lei: "Quanto mais distante a galáxia, maior sua velocidade de afastamento" , isto é, quanto mais longe está a galáxia mais rápido será sua velocidade. Esta foi a primeira evidência de que o Universo está se expandindo. Dessa lei, nós extraímos uma constante chama de constante de Hubble, indicada pela letra H. Recordando de Einstein, ele se arrependeu profundamente por ter colocado a constante cosmológica nas suas equações. Ele retrucou ter sido "A grande asneira" de sua vida. Ainda sim, a Constante Cosmológica está sempre dando dor de cabeça aos cosmológos atuais. O trabalho de Hubble acabou definindo um novo conjunto de objetos no Universo, as galáxias. Terminando por fim de não mais chamá-las de nebulosas, pois eram objetos que estavam muito longe e não poderiam pertencer a nossa Galáxia.
 

cosmologia-fig-02.gif 10.57 KB Figura 02: Milton Humanson e Edwin Hubble

Os estudos cosmológicos desenvolvidos por Gamow indicaram que a previsão teórica para a temperatura do Universo que Nós Vivemos é de apenas 3K (três Kelvin) - Kelvin ( K ) é uma medida de temperatura tal qual o graus centigrados ou.Celsius. O 0K (zero Kelvin) corresponde a - 273° C (duzentos e setenta e três graus centrigrados negativos – "muito frio")da nossa escala usual de temperatura.

A confirmação! Em 1964 Arno Allan Penzias e Robert Woodrow Wilson, calibrando uma antena de 6m, em Holmdel, Nova Jersey dos Laboratorios da Bell, detectam acidentalmente um ruído, que por mais que eles mudassem a antena de posição, o ruído sempre permanecia. No começo pensaram que esse ruído talvez fosse algum problema da antena. Eles a desmontaram e encontraram um casal de pombos, e uma pasta branca, que logo Penzias chamou de "um material dielétrico branco", isto é, aquilo talvez fosse o responsável pelo ruído, tal "material" nada mais era que as fezes dos pombos. Limparam tudo e mesmo assim o ruído permanecia. Já que não é possível eliminar então deve ser algum sinal de alguma coisa. Mais tarde, eles ficaram sabendo do trabalho de Robert Henry Dicke, Philip James Edward Peebles, Peter G. Roll e David T. Wilkson, onde eles estavam construindo uma antena pra detectar a suposta radiação de fundo remanescente do Big Bang. Penzias e Wilson avisaram que tinham achado a radiação procurada por eles e calculada em teoria por George Gamow. Então publicaram no jornal de astrofísica dois artigos: No primeiro, Penzias e Wilson, cautelosos com a descoberta, apenas referem-se as características do sinal obtido pela antena e no segundo, em conjunto com a a equipe de Peebles eles interpretam essa radiação como sendo a temperatura do Universo calculada por Gamow. O valor experimental dessa temperatura do Universo que nós vivemos é de 2,73K e está na faixa de microondas. Esse sinal uniforme do Universo e é chamado de "radiação de fundo". O resultado experimental é muito próximo do valor teórico previsto por Gamow.
 

cosmologia-fig-03.gif 25.46 KB Figura 03:  Penzias e Wilson e a antena de 6m do Laboratório da Bell

Na década de 80, mais precisamnete em 18 de Novembro de 1989 a NASA lançou um satélite para perscrutar essa radiação. O COBE (Cosmic Background Explorer) - Explorador do Fundo Cósmico - fez uma imagem térmica do céu inteiro e o resultado foi esse "ovo" colorido. Onde as regiões mais quentes estão em rosa e as mais frias em azul, a diferença de temperatura de uma região para outra é de alguns milionésimos de graus. A temperatura média obtida dessa radiação é de 2.735K. Concordante com o valor medido em 1964.
 

cosmologia-fig-04.gif 40.85 KB Figura 04:  O Universo visto pelo COBE  -Radiação de Fundo do Universo-

A teoria e as observações experimentais estão baseadas naquilo que pode ser visto e por seguinte medido. Em 1930, Fritz Zwicky observou que as velocidades de algumas galáxias no Aglomerado de Hércules eram muito maiores do que deveriam ser. Calculou a sua massa e obteve um valor muito maior do que aquele que era observado. Como não podia ver o que era que estava ocasionando o aumento das velocidades daquelas galáxias ele considerou o efeito oriundo da "Matéria Escura" como ele definiu. A Matéria Escura são regiões do Universo que não podem ser vistas pois a matéria ali está quieta. Nós somente medimos aqui coisas que emitem alguma radiação e que nós sabemos como identificá-las, por isso Zwicky apresentou essa alternativa de solução para o problema das velocidades do aglomerado galático.
 

cosmologia-fig-05.gif 49.28 KB Figura 05: Fritz Zwicky e a Matéria Escura

No primeiro caso chamado de "Teoria Top Down", leva em conta que a maior parte da matéria escura é formada de neutrinos. Ela diz, que imensos filamentos de gás fragmentam-se, formando nuvens menores que, então, dividem – se novamente. Os filamentos já definem o tamanho dos aglomerado ou superaglomerados bem antes que cada pequena nuvem de gás se transforme em uma galáxia individual.

No segundo caso chamado "Teoria Bottom Up", prevê, que as galáxias nasceram logo após o período visto pelo COBE. Elas estavam espalhadas pelo espaço depois foram se aglomerado por causa de suas gravidades e formaram então os aglomerados e os superaglomerados de galáxias.

A matéria escura é um fator determinate para saber o "fim" do Universo. Dependendo de sua quantidade, o Universo terá diferentes finais. Tudo depende da densidade crítica, ou então na massa crítica total do Universo prevista em teoria. Dependendo da densidade ou massa do nosso Universo, ele poderá interromper a expansão ou não. Se a massa for menor que a massa crítica, o Universo vai se expandir para sempre. Outra opção é: a massa atual for igual a massa crítica o Universo será estácionario. E por fim se a massa atual for maior que a massa crítica do Universo, ele se colapsará – um dia a expansão irá terminar e a gravitação fará o resto e o Universo se encolherá.

As observações atuais de supernovas, explosões de estrelas super massivas, em outras galáxias muito remotas, indicaram que as galáxias estão acelerando. Existe uma força que está "empurrando" as galáxias cada vez mais rápido. Está de volta a velha amiga dos cosmólogos, a constante cosmológica de Eisntein. Isso indica, e com muita precisão, que o Universo está em expansão eterna, e que a densidade do Universo atual é inferior a densidade crítica. Como é uma descoberta recente maiores detalhes só para o século XXI.

Muitos detalhes intermediários foram deixados de lado para não tornar muito longa essa descrição principalmente pelos trabalhos em descrever os instantes após a Grande Explosão e muito menos, nós abrangemos as idéias sobre a Teroria da Grande Unificação (GUT), estabelecida por Alan Guth que propôs o "Universo Inflacionário" em 1979. Nela, o Universo cresceu muito rápido em um curtíssimo intervalo de tempo. Igualmente não abordamos a "Teoria Quântica da Gravidade" de Stephen W. Hawking preocupado em unir a Física Gravitacional com a Mecânica Quântica com o objetivo de simplificar a análise teórica do Universo.

Ao que parece, nós temos um Universo feito sob medida! Há muito tempo atrás o homem achava que a Terra era o centro do Universo e, assim como ela, ele também o era. Mas no século XVI Nicolau Copérnico tirou a Terra do centro e colocou o Sol. Com isso houve muita mudanças de pensamentos. Jacobus Cornelius Kapteyn (1851-1922) estabeleceu as dimensões de nossa Galáxia e Harlow Shapley (1885-1972) mostrou que o Sol não está no centro da Galáxia, entre 1916e 1917. Com o advento da Teoria da Relatividade e daMecânica Quântica, o mundo deixou de ter lei rígidas. A Natureza não era um peça de teatro já encenada, mas algo de surprrendente sempre poderia acontecer. Existem certas propriedades na natureza que explicam por que a vida existiu. Uma delas, por exemplo, é, se a força da gravidade fosse um pouquinho mais fraca, ela não seria capaz de atrair os corpos. E aí então você não teria a formação de estrelas, galáxias, de átomos e etc. Você nem mesmo poderia andar sobre a superfície da Terra. Mas não a gravidade, parece que foi "criada" da forma, ou melhor dizendo, com a força exata. Em 1974 um físico, Brandon Carter, propos que existe alguma coisa na natureza, talvez uma espécie de "força" que "fez" o Universo exatamente para abrigar vida. Ele chamou de "Princípio Antrópico". Parece ter um apelo um tanto religioso, onde algo sobrenatural está por trás de tudo, mas a busca científica continua…
 
 

Pesquisa e apresentação da palestra Diego Pires de Azevedo Gonçalves

Redação com base na pesquisa Jorge Hönel
 
 

São Carlos, 06 de fevereiro de 2001-02-06

Diego P. A. Gonçalves é aluno da Licenciatua em Ciências Exatas do Instituto de Físca de São Carlos – USP. É monitor voluntário no Setor de Astronomia do CDCC e monitor da discipina de Introdução a Astronomia da licenciatura.
 
 
 

Bibliografia

Hawking, S.W; "Uma breve história do tempo - do Big Bang aos Buracos Negros "
Mourão, R.R.F; "O Universo Inflacionário"
Weinberg, S; "Os três primeiros minutos do Universo"
Couper, H. e Henbest, N; "Big Bang - A história do Universo"
Harrison, E; "A escuridão da noite - Um enigma do Universo"
Atlas do Extraordinário; A Gênese do Universo Vol. II
Coleção Universo; Fascículos: 1, 27, 34 e 37
Scientific Americam, A Nova Astronomia, Editora IBRASA , São Paulo,1959
Gregório de Mattos Gerra, Jornal de Poesia: http://www.secrel.com.br/jpoesia/grego.html
 

Crédito das das Figuras:

cosmologia-fig-01.gif 6.86 KB Figura 01: Albert Einstein

cosmologia-fig-02.gif 10.57 KB Figura 02: Edwin Hubble e David Humanson

cosmologia-fig-03.gif 25.46 KB Figura 03: Penzias e Wilson e a antena de 6m do Laboratório da Bell

cosmologia-fig-04.gif 40.85 KB Figura 04: COBE - Radiação de Fundo do Universo

cosmologia-fig-05.gif 49.28 KB Figura 05: Fritz Zwicky e a Matéria Escura