Professora de Física na Universidade Quinnipiac, Nicole Granucci parece ter uma explicação comparativa muito simples para explicar como funciona a expansão do Universo. “Quando assamos um pão ou uma fornada de bolinhos, colocamos a massa numa forma. À medida que a massa assa no forno, expande-se na forma. Quaisquer pedaços de chocolate ou pequenos frutos na massa começam a distanciar-se uns dos outros à medida que o pão ou bolo expandem.”

A expansão do Universo é, “de certa forma, semelhante”. Mas esta analogia “falha num aspeto”. “Enquanto a massa se expande dentro no interior da forma, o Universo não tem por onde expandir-se. Ele expande-se simplesmente para dentro de si mesmo”, explica. Pode ser desafiante entender, mas considera-se Universo “tudo o que está dentro do Universo”.

“No Universo em expansão, não há forma. Apenas massa. Mesmo que houvesse uma forma, ela seria parte do Universo e, portanto, Universo expander-se-ia com a forma. “Mesmo para mim, professora de física e astronomia que estuda o Universo há anos, estas ideias são difíceis de entender. Não há nada que se assemelhe a isto na nossa vida quotidiana. É como perguntar pedir direções mais a norte do Polo Norte”, diz.

Outra forma de pensar sobre a expansão do Universo é em como outras galáxias estão a afastar-se da nossa, a Via Láctea. Os cientistas sabem que o Universo está a expandir-se “porque podem rastrear outras galáxias à medida que elas se afastam da nossa“. Definem a expansão através da “taxa em que outras galáxias se afastam de nós“. “Esta definição permite que imaginem a expansão sem precisarem de algo para expandir-se.”

O Universo em expansão

O Universo começou com o Big Bang há 13,8 mil milhões de anos. O Big Bang “descreve a origem do Universo como uma singularidade extremamente densa e quente”. “Esse ponto minúsculo passou repentinamente por uma rápida expansão, chamada inflação, em que todos os lugares do Universo se afastaram repentinamente. Mas o nome Big Bang é enganoso”, adverte Granucci. “Não foi uma explosão gigante, como o nome sugere, mas um momento em que o Universo se expandiu rapidamente.”

Depois, “o Universo condensou-se e arrefeceu rapidamente e começou a produzir matéria e luz”. “Por fim, evoluiu para o que conhecemos hoje como o nosso Universo.” A ideia de que nosso Universo não era estático e poderia estar a expandir-se ou a contrair-se foi publicada pela primeira vez pelo físico Alexander Friedman em 1922. Friedman “confirmou matematicamente que o Universo está a expandir-se”.

Embora Friedman tenha provado que o Universo estava em expansão, “pelo menos em alguns pontos”, foi Edwin Hubble quem analisou mais profundamente a taxa de expansão. “Muitos outros cientistas confirmaram que outras galáxias estão a afastar-se da Via Láctea, mas, em 1929, Hubble publicou o seu famoso artigo que confirmava que todo o Universo estava a expandir-se e que esta taxa de expansão estava a aumentar.”

A descoberta continua a intrigar os astrofísicos. Que fenómeno permite que o Universo supere a força da gravidade que o mantém coeso e, ao mesmo tempo, se expanda, afastando os objetos do Universo uns dos outros? Além de tudo isto, como pode estar a sua taxa de expansão a acelerar com o tempo?

“Muitos cientistas usam uma imagem chamada funil de expansão para descrever como a expansão do Universo tem acelerado desde o Big Bang. Imagine um funil profundo com uma borda larga. O lado esquerdo do funil – a extremidade estreita – representa o início do Universo. Ao mover-se para a direita, avançamos no tempo. O alargamento do cone representa a expansão do Universo”, elucida Nicole Granucci.

Os cientistas não conseguiram medir diretamente de onde vem a energia que causa essa expansão acelerada. “Não foram capazes de detetá-la ou de medi-la. Como não conseguem ver ou medir diretamente este tipo de energia, chamam-se de energia escura.” De acordo com os modelos dos investigadores, a energia escura deve ser a forma mais comum de energia no Universo, constituindo cerca de 68% da energia total do Universo. A energia contida na matéria quotidiana, que compõe Terra, Sol e tudo o que podemos ver, é responsável por apenas cerca de 5% de toda a energia do Universo.”

Fora do funil de expansão

Isto não explica, no entanto, o que está fora do funil de expansão. O que é, afinal? “Os cientistas não têm evidências de nada além do nosso Universo conhecido. Contudo, alguns preveem que poderá haver vários universos. Um modelo que inclua vários universos poderia corrigir alguns dos problemas que os cientistas encontram nos modelos atuais do nosso Universo.”

“Um grande problema com nossa física atual é que os físicos não conseguem integrar a mecânica quântica, que descreve como a física funciona numa escala muito pequena, e a gravidade, que governa a física em grande escala. As regras de como a matéria se comporta em pequena escala dependem da probabilidade e de quantidades ‘quantizadas’, ou fixas, de energia. Nesta escala, os objetos podem entrar e sair da existência. A matéria pode comportar-se como uma onda. O mundo quântico é muito diferente de como vemos o mundo.”

Em grandes escalas, que os físicos chamam de mecânica clássica, “os objetos comportam-se de acordo com o que esperamos deles no dia a dia”. “Os objetos não são ‘quantizados’ e podem ter quantidades contínuas de energia. Os objetos não entram nem saem da existência.” O mundo quântico comporta-se como um interruptor de luz, em que a energia tem apenas a opção de ligar e desligar. O mundo que vemos e com o qual interagimos comporta-se como um interruptor com dimmer, permitindo todos os níveis de energia.”

Os cientistas “deparam-se com problemas” quando tentam estudar a gravidade no nível quântico. “Numa pequena escala, os físicos têm de presumir que a gravidade é ‘quantizada’. Mas a investigação que muitos deles realizaram não apoia esta ideia.” Uma forma de fazer com que estas teorias funcionem juntas “é a teoria do multiverso“. “Há muitas teorias que vão além do nosso Universo atual para explicar como a gravidade e o mundo quântico funcionam juntos. Algumas das principais teorias incluem a teoria das cordas, a cosmologia de branas, a teoria quântica de loop e muitas outras. Independentemente disso, o Universo continuará a expandir-se, com a distância entre a Via Láctea e a maioria das outras galáxias a aumentarem com o tempo”, diz Nicole Granucci, professora de Física na Universidade Quinnipiac.

Siga a Impala no Instagram