Gráfico das coisas impossíveis diz que Universo pode ser um buraco negro
Gráficos das coisas impossíveis
Astrônomos
criaram uma visualização gráfica da história do Universo que é a mais ampla já
feita.
A diminuição da temperatura média e da densidade do Universo em função do tempo. [Imagem: Lineweaver/Patel - 10.1119/5.0150209]
E
ela trouxe mais perguntas do que respostas, mostrando não apenas o quanto falta
na nossa compreensão da história cósmica, como revelando partes das nossas
teorias atuais que precisam mais urgentemente ser aprimoradas.
O
trabalho envolve compreender como a sopa primordial do Universo, criada pelo
Big Bang - o nome técnico dessa "sopa" é plasma de quarks e glúons -
deu origem a toda a matéria que vemos hoje.
"Quando
o Universo começou, há 13,8 bilhões de anos, numa grande explosão quente, não
existiam objetos como prótons, átomos, pessoas, planetas, estrelas ou galáxias.
Agora o Universo está cheio desses objetos," detalha o professor Charley
Lineweaver, da Universidade Nacional da Austrália. A resposta relativamente
simples para a origem [de tudo isso] é que, à medida que o Universo esfriava,
todos esses objetos se condensavam a partir de um fundo quente."
Para
mostrar esse processo da maneira mais simples possível, os pesquisadores
elaboraram dois gráficos: O primeiro mostra a temperatura e a densidade do
Universo à medida que ele se expandia e esfriava; o segundo, muito mais
interessante, representa graficamente a massa e o tamanho de todos os objetos
que foram se formando no Universo à medida que ele esfriava.
Massas, tamanhos e densidades relativas dos objetos em nosso Universo, repleto de coisas desconhecidas, incertas e "proibidas". [Imagem: Lineweaver/Patel - 10.1119/5.0150209]
Espaço-tempo plano
Embora
o trabalho seja aparentemente simples, o quadro geral que ele traça é crucial
para o entendimento do Universo, servindo como guia para o aprimoramento das
nossas teorias sobre esse entendimento.
"Esses
abrangentes enredos pedagógicos chamam a atenção para as regiões triangulares
proibidas pela relatividade geral e pela incerteza quântica e ajudam a navegar
na relação entre a gravidade e a mecânica quântica. Como podemos interpretar a
sua intersecção nos menores objetos possíveis: Buracos negros de massa de
Planck ("instantons")? A densidade de Planck e a temperatura de
Planck os tornam bons candidatos para as condições iniciais do Universo?
"O
nosso gráfico de todos os objetos também parece sugerir que o Universo é um
buraco negro. Explicamos como isso depende da suposição improvável de que nosso
Universo está rodeado por um espaço de Minkowski de densidade zero,"
concluiu a dupla.
O
espaço de Minkowski [Hermann Minkowski (1864-1909)] é um espaço-tempo plano,
diferente do espaço-tempo curvo descrito pela teoria da relatividade geral. É
em um espaço assim que os físicos normalmente formulam a teoria da relatividade
especial de Einstein, descrevendo o movimento das partículas subatômicas, o
comportamento da luz e a propagação das ondas eletromagnéticas. Nas teorias, a
densidade do espaço de Minkowski é igual a zero, o que significa que esse
arcabouço matemático considera um Universo vazio, sem partículas, contendo
apenas a radiação cósmica de fundo - funciona bem na matemática, mas é muito
improvável que ele descreva uma situação real.
Os dados observacionais mais recentes, feitos pelo telescópio Webb, também estão questionando o modelo do Big Bang. [Imagem: G. Brammer/University of Copenhagen-NASA/ESA/CSA/I. Labbe]
O Universo é um buraco negro?
Os
dois gráficos logo mostraram a importância dessa visão sintética da história do
Universo e da matéria que o compõe: Acontece que nem tudo se enquadrou dentro
do que conhecemos, ou mesmo do que a ciência hoje descreve como possível.
"Partes
desse enredo são 'proibidas' - onde os objetos não podem ser mais densos do que
os buracos negros, ou são pequenos demais, a mecânica quântica borra a própria
natureza do que realmente significa ser um objeto singular," explicou o
pesquisador Vihan Patel.
Os
pesquisadores explicam ainda que o que está além das áreas dos dois gráficos
que descrevem a matéria física conhecida ou teorizada são um grande mistério -
até mesmo os limites entre essas áreas carecem de compreensão.
"Na
extremidade menor, o lugar onde a mecânica quântica e a relatividade geral se
encontram, é o menor objeto possível - um instanton. Este gráfico sugere que o
Universo pode ter começado como um instanton, que tem tamanho e massa
específicos, em vez de como uma singularidade, que é um ponto hipotético de
densidade e temperatura infinitas," explicou Patel.
Um
instanton é uma solução clássica para as equações de movimento que expressam
uma ação finita, diferente de zero, tanto na mecânica quântica quanto na teoria
quântica de campos. Já as singularidades são entidades tão massivamente densas
que as leis da física não funcionam mais em seu interior - os buracos negros
são exemplos de singularidades, embora existam teorias que dispensam as
singularidades.
"Na
extremidade mais ampla, o enredo sugere que, se não houvesse nada - um vácuo
completo - além do Universo observável, o nosso Universo seria um grande buraco
negro de baixa densidade. Isto é um pouco assustador, mas temos boas razões
para acreditar que esse não é o caso," disse Patel.
Fonte: Inovação Tecnológica
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