Nova teoria explica o que havia antes do Big Bang

Cientistas da Universidade de Penn State (EUA) desenvolveram um novo paradigma para compreender as primeiras eras da história do universo. Usando técnicas de uma área da física moderna desenvolvida na Universidade e conhecida como cosmologia quântica, os cientistas fizeram análises extensas que incluem a física quântica na história do universo desde o seu princípio. O novo paradigma mostra, pela primeira vez, que as estruturas de grande escala que agora vemos no universo podem ter evoluído de flutuações fundamentais da natureza quântica essencial do “espaço-tempo” que existiam no início do universo, mais de 14 bilhões de anos atrás. “Nós sempre quisemos entender mais sobre a origem e evolução do nosso universo. Por isso, é um momento emocionante para nosso grupo começar a usar o nosso novo paradigma para compreender, com mais detalhes, a dinâmica entre a matéria e a geometria durante as primeiras eras do universo, incluindo seu início”, disse o principal autor do estudo, Abhay Ashtekar.

O novo paradigma

O novo paradigma fornece um quadro conceitual e matemático para descrever a exótica “geometria da mecânica quântica do espaço-tempo” no início do universo. O paradigma mostra que, durante esta época, o universo era tão inimaginavelmente denso que o seu comportamento era governado não pela física clássica da teoria da relatividade geral de Einstein, mas por uma teoria ainda mais fundamental que também incorpora a dinâmica estranha da mecânica quântica. A densidade da matéria era de 1094 (o número 10 seguido de 94 zeros) gramas por centímetro cúbico, em comparação com a densidade de um núcleo atômico hoje, de apenas 1014 gramas. Neste ambiente bizarro da mecânica quântica, no qual se pode falar apenas em probabilidades de eventos, e não certezas, as propriedades físicas eram naturalmente muito diferentes das que vivemos hoje. Entre essas diferenças está o conceito de “tempo”, bem como a mudança dinâmica de vários sistemas ao longo do tempo, à medida que experimentavam a própria geometria quântica.

Muito tempo atrás

Observatórios espaciais não conseguem detectar eventos ocorridos há muito tempo e muito longe, como as épocas iniciais do universo descritas pelo novo paradigma. Mas alguns observatórios já chegaram perto. A radiação cósmica de fundo foi detectada. Ela foi emitida na era em que o universo tinha apenas 380 mil anos de idade. Nesse tempo, depois de um período de rápida expansão chamada “inflação”, o universo explodiu em uma versão muito diluída de sua versão hipercomprimida. No começo da inflação, a densidade do universo já era um trilhão de vezes menor do que durante sua infância. Observações da radiação de fundo cósmico mostram que o universo teve uma consistência predominantemente uniforme após a inflação, com exceção de algumas regiões que eram mais densas e outras que eram menos densas.

Mas o paradigma padrão inflacionário para descrever o universo primordial, que utiliza as equações da física clássica de Einstein, trata do espaço-tempo como contínuo. O paradigma inflacionário goza de notável sucesso em explicar as características observadas da radiação cósmica de fundo. Entretanto, este modelo está incompleto. Ele mantém a ideia de que o universo explodiu do nada em um Big Bang, o que naturalmente resulta da incapacidade da física da relatividade geral de descrever situações extremas de mecânica quântica”, disse Ivan Agullo, coautor do estudo.  É preciso uma teoria quântica da gravidade, como a cosmologia quântica, para ir além de Einstein, a fim de capturar a verdadeira física da origem do universo”.

Os pesquisadores já tinham trabalhado anteriormente em uma “atualização” do conceito do Big Bang para o conceito intrigante de “Big Bounce”, que teoriza sobre a possibilidade de que o nosso universo não tenha surgido “do nada”, mas sim a partir de uma massa supercomprimida de matéria que anteriormente pode ter tido uma história própria. Mesmo que as condições de mecânica quântica no início do universo fossem muito diferentes das condições físicas clássicas após a inflação, a nova conquista dos físicos da Penn State revela uma conexão surpreendente entre os dois paradigmas. No passado, quando cientistas usaram o paradigma da inflação, juntamente com as equações de Einstein para modelar a evolução das áreas mais ou menos densas espalhadas pela radiação cósmica de fundo, eles descobriram que essas irregularidades serviram como “sementes” que evoluíram ao longo do tempo para os aglomerados de galáxias e outras grandes estruturas que vemos no universo hoje.

Já quando os cientistas da Penn State usaram o seu novo paradigma quântico com suas equações quânticas, descobriram que as flutuações fundamentais na natureza do espaço no momento do “Big Bounce” evoluíram para se tornar as estruturas de “sementes” vistas na radiação cósmica de fundo. Segundo o novo trabalho, as condições iniciais no início do universo naturalmente levaram a estrutura em larga escala do universo que observamos hoje. Além disso, o novo paradigma “empurra” para trás a gênese da estrutura cósmica do universo da época inflacionária até o “Big Bounce”, cobrindo cerca de 11 ordens de magnitude na densidade da matéria e curvatura do espaço-tempo. Os pesquisadores reduziram para certos parâmetros as condições iniciais que poderiam existir no início do universo e descobriram que a evolução dessas condições iniciais concorda com as observações da radiação cósmica de fundo.

Fonte: ScienceDaily