Big Bang

Conforme a teoria do Big Bang, a possível “explosão” deu origem ao universo

A busca pela compreensão sobre como foi desencadeado o processo que originou o universo atual, proporcionou – e ainda proporciona – vários debates, pesquisas e teorias que possam explicar tal fenômeno. É um tema que desperta grande curiosidade dos humanos desde os tempos mais remotos e gera grandes polêmicas, envolvendo conceitos religiosos, filosóficos e científicos.

Até o momento, a explicação mais aceita sobre a origem do universo entre a comunidade cientifica é baseada na teoria da Grande Explosão, em inglês, Big Bang. Ela apoia-se, em parte, na teoria da relatividade do físico Albert Einstein (1879-1955) e nos estudos dos astrônomos Edwin Hubble (1889-1953) e Milton Humason (1891-1972), os quais demonstraram que o universo não é estático e se encontra em constante expansão, ou seja, as galáxias estão se afastando umas das outras. Portanto, no passado elas deveriam estar mais próximas que hoje, e, até mesmo, formando um único ponto.

O Big Bang, também por vezes denominada em português como a Grande Explosão, é a teoria cosmológica dominante do desenvolvimento inicial do universo. Os cosmólogos usam o termo "Big Bang" para se referir à ideia de que o universo estava originalmente muito quente e denso em algum tempo finito no passado e, desde então tem se resfriado pela expansão ao estado diluído atual e continua em expansão atualmente. A teoria é sustentada por explicações mais completas e precisas a partir de evidências científicas disponíveis e da observação. De acordo com as melhores medições disponíveis em 2010, as condições iniciais ocorreram por volta de 13,3 a 13,9 bilhões de anos atrás.

Georges Lemaître propôs o que ficou conhecido como a teoria Big Bang da origem do Universo, embora ele tenha chamado como "hipótese do átomoprimordial". O quadro para o modelo se baseia na teoria da relatividade de Albert Einstein e hipóteses simplificadoras (como homogeneidade eisotropia do espaço). 

As equações principais foram formuladas por Alexander Friedmann. Depois Edwin Hubble descobriu em 1929 que as distâncias de galáxias distantes eram geralmente proporcionais aos seus desvios para o vermelho, como sugerido por Lemaître em 1927. 

Esta observação foi feita para indicar que todas as galáxias muito distantes e aglomerado de galáxias têm uma velocidade aparente diretamente para fora do nosso ponto de vista: quanto mais distante, maior a velocidade aparente. Se a distância entre os aglomerados de galáxias está aumentando hoje, todos deveriam estar mais próximos no passado. Esta idéia tem sido considerada em detalhe volta no tempo para as densidades e temperaturas extremas,e grandes aceleradores de partículas têm sido construídos para experimentar e testar tais condições, resultando em significativa confirmação da teoria, mas estes aceleradores têm capacidades limitadas para investigar em tais regimes de alta energia. 

Sem nenhuma evidência associada com a maior brevidade instantânea da expansão, a teoria do Big Bang não pode e não fornece qualquer explicação para essa condição inicial, mas sim, que ela descreve e explica a evolução geral do Universo desde aquele instante. As abundâncias observadas de elementos leves em todo o cosmos se aproximam das previsões calculadas para a formação destes elementos de processos nucleares na expansão rápida e arrefecimento dos minutos iniciais do Universo, como lógica e quantitativamente detalhado de acordo com a nucleossíntese do Big Bang.

Fred Hoyle é creditado como o criador do termo Big Bang durante uma transmissão de rádio de 1949. Popularmente é relatado que Hoyle, que favoreceu um modelo cosmológico alternativo chamado "teoria do estado estacionário", tinha por objetivo criar um termo pejorativo, mas Hoyle explicitamente negou isso e disse que era apenas um termo impressionante para destacar a diferença entre os dois modelos.

Hoyle mais tarde ajudou consideravelmente no esforço de compreender a nucleossíntese estelar, a via nuclear para a construção de alguns elementos mais pesados até os mais leves.

Após a descoberta da radiação cósmica de fundo em 1964, e especialmente quando seu espectro (ou seja, a quantidade de radiação medida em cada comprimento de onda) traçou uma curva de corpo negro, muitos cientistas ficaram razoavelmente convencidos pelas evidências de que alguns dos cenários propostos pela teoria do Big Bang devem ter ocorrido.

O Big Bang

A teoria do Big Bang foi anunciada em 1948 pelo cientista russo naturalizado estadunidense, George Gamow (1904-1968) e o padre e astrônomo belga Georges Lemaître (1894-1966). Segundo eles, o universo teria surgido após uma grande explosão cósmica, entre 10 e 20 bilhões de anos atrás. O termo explosão refere-se a uma grande liberação de energia, criando o espaço-tempo.

Até então, havia uma mistura de partículas subatômicas (qharks, elétrons, neutrinos e suas partículas) que se moviam em todos os sentidos com velocidades próximas à da luz. As primeiras partículas pesadas, prótons e nêutrons, associaram-se para formarem os núcleos de átomos leves, como hidrogênio, hélio e lítio, que estão entre os principais elementos químicos do universo.

Ao expandir-se, o universo também se resfriou, passando da cor violeta à amarela, depois laranja e vermelha. Cerca de 1 milhão de anos após o instante inicial, a matéria e a radiação luminosa se separaram e o Universo tornou-se transparente: com a união dos elétrons aos núcleos atômicos, a luz pode caminhar livremente. Cerca de 1 bilhão de anos depois do Big Bang, os elementos químicos começaram a se unir dando origem às galáxias.

Cosmologia

Uiverso - Big Bang

A Idade do Universo

A Idade do Universo é o termo entre o Big Bang até o presente momento. As observações atuais sugerem um valor aproximadamente 11,3 x 10(9) anos, com uma incerteza de aproximadamente 200 x 16 (6)

Cronologia

Está cronologia descreve os eventos do Universo, segundo a Teoria do Big Bang, ao tempo em que utiliza os parâmetros de tempo astronômico e as coordenadas da expansão dos atros.Obervações sugerem que o Universo, tal como atualmente é conhecido pela Humanidade, teve seu começo ao redor de 13,7 bilhões de anos atrás.Desde então a evolução do Universo atravessou três fases: O Universo Primordial, ainda pouco compreendido, em que havia uma gama de partículas que somente podem ser reproduzidas mediante os complexos aceleradores e que surgiram logo após o Big Bang, cujos detalhes são apenas teóricos.

Após este momento, no Universo Inicial, sua evolução processou-se de acordo com teorias conhecidas pela física de partículas. Foi neste momento que os primeiros prótons, elétrons e nêutrons se uniram, formando núcleos e, finalmente, átomos.

Com a formão do hidrogênio neutro, foi emitida a radiação cósmica de fundo.

Finalmente, a época de formação das estruturas celestes teve início, com surgimento dos primeiros quasares e primeiras estrelas, e depois as galáxias,grupos de galáxias e super-grupos de galáxias formaram-se,conhecida pela força de expansão que faz se distanciem do ponto inicial.

O futuro do Universo não é algo solidamente conhecido, mas teorizações são feitas, sendo a mais destacada na atualidade (2008) a Big Rip ("Grande Rasgo" ou infinita fragmentação,dissociação e dissipação de toda a matéria em todos os seus níveis de organização), o Big Crunch,Big Bounce,Universo Oscilante e outros modelos cíclicos com suas futuras contrações e reinícios de processos de expansão. Dentro de um determinado aspecto, sempre é considerada como certa a morte térmica do Universo, ou sua crescente entropia até o total esfriamento, ou ainda um esfriamento extremo, dentro dos modelos cíclicos.

Períodos iniciais do Universo

Toda a compreensão que se tem do começo do Universo (Cosmogonia), é especulativo. Nenhum acelerador de partículas atualmente existente possui energia suficiente para provar com certeza aquilo que possa ter ocorrido neste período. Os cenários são completamente diferentes. Algumas das teorias existentes são a de Hartle-Hawking, a teoria das cordas, expansão das partículas, cosmologia das cordas de gás, e a teoria Wielkiej Kraksy (Universoekpyrótico). Algumas dessas teorias são associadas, outras não.

A Era de Planck

Se supersimetria está correta, então neste tempo as quatro forças fundamentais – eletromagnetismo, força nuclear fraca, força nuclear forte e gravidade – todas teriam a mesma intensidade, então elas possivelmente eram unificadas em uma única força fundamental. Pequeno é nosso conhecimento sobre esta era, embora diferentes teorias façam diferentes predições. A teoria de Einstein da relatividade geral prediz um singularidade gravitacional antes deste tempo, mas sob estas condições se espera que a teoria sofra uma queda de suas leis devido a efeitos quânticos. Físicos esperam que teorias propostas de gravidade quântica, tais como a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop, irão eventualmente conduzir a um melhor entendimento desta era.

A era da Grande Unificação

Entre 10^-43 segundos e 10^-35 segundos após o Big Bang

Com a expansão do universo e resfriamento da época Planck, a gravidade começou a separação da interações de gauge fundamentais: o eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca. A Física nesta escala pode ser descrita por uma grande teoria da unificação na qual a teoria de gauge do modelo padrão esteja embutida num grupo maior, que é dividido para produzir as forças observadas na natureza. Eventualmente, a grande unificação foi quebrada, separando-se a força nuclear forte da força eletrofraca. Isto, então, deve ter produzido os monopólos magnéticos.

Destino do Universo

O derradeiro destino do Universo é um tema em cosmologia física. As teorias científicas rivais predizem se o Universo terá duração finita ou infinita. Uma vez que a noção de que o Universo iniciou com o Big Bang se tornou popular entre os cientistas, o destino final do Universo se converteu em uma pergunta cosmológica válida, dependendo da densidade média do Universo e a taxa de expansão.

O Universo está atualmente em expansão. Entretanto, as medições que Allan R. Sandage realizou nos anos 1960 com seu telescópio de 200 polegadas (aproximadamente 5 metros) mostram que o ritmo de expansão atual é menor que o de há 1 bilhão de anos. Este fato pode implicar ou não que a expansão se detenha, permitindo duas alternativas para o destino último do Universo.

Segundo as teorias cosmológicas atuais, a quantidade de matéria que há no Universo é a que decidirá o futuro do mesmo. Se tem uma idéia bastante aproximada da quantidade de matéria visível que existe, mas não da quantidade de matéria escura, dependendo então desta o futuro do Universo.

Pode-se calcular que se a densidade do Universo é menor que três átomos por metro cúbico, será insuficiente para frear a expansão, o Universo se expandirá indefinidamente (Big Rip) e será condenado a uma morte fria em meio da obscuridade mais absoluta. Neste caso os fenômenos físicos se encerrariam em uns 35 bilhões de anos. Mas se a massa for suficiente para deter a expansão, terá lugar o Big Crunch ou, o que é o mesmo, o Universo, forçado pela grande quantidade de massa, iniciaria a comprimir-se até que, dentro de uns 20 bilhões de anos, acabe por colapsar-se em uma singularidade, algo parecido ao Big Bang, mas ao inverso ("Big Crunch"). Neste caso após o Big Crunch é possível que o Universo comece de novo com outro (ou, segundo o modelo cíclico, o mesmo) Big Bang.