Cientistas buscam descobrir o que aconteceu antes do Big Bang

Veja como as simulações computacionais do espaço-tempo estão expandindo os limites da ciência 

Métodos computacionais complexos podem solucionar mistérios cósmicos. Crédito: Gabriel Fitzpatrick para FQxI, © FQxI (2025)

Uma equipe de cientistas afirma que uma ferramenta computacional para estudar colisões de buracos negros pode ser a nossa melhor aposta para responder a perguntas misteriosas sobre as origens do universo. Em um novo artigo na Living Reviews in Relativity , eles defendem a aplicação de uma técnica chamada relatividade numérica para analisar o momento anterior ao Big Bang.

Em sua essência, a relatividade numérica é "a arte e a ciência de desenvolver algoritmos computacionais para resolver as equações de Einstein", conforme definido no livro-texto Relatividade Numérica . Ela dá vida à teoria da relatividade geral de Einstein dentro de um supercomputador quando a gravidade se torna forte demais para que as equações sejam resolvidas por métodos normais. O artigo é de autoria de Eugene Lim, cosmólogo do King's College London, Katy Clough, astrofísica da Queen Mary University of London, e Josu Aurrekoetxea, astrofísico da Universidade de Oxford.

A proposta deles visa resolver um problema fundamental para a cosmologia. Durante décadas, nosso modelo cosmológico se baseou em uma simplificação crucial: a de que o cosmos é homogêneo (suave) e isotrópico (o mesmo em todas as direções). Embora isso tenha sido incrivelmente bem-sucedido, ele esbarra em um obstáculo na origem do universo devido à singularidade.

Este é um ponto teórico sem retorno, onde, como descreve o comunicado de imprensa de 20 de agosto , existe "um estado de densidade e temperatura infinitas – onde as leis da física entram em colapso". O modelo simplificado que funciona tão bem hoje é inútil diante de um início tão caótico.

Devido a essas limitações, uma ferramenta mais poderosa é necessária, e a relatividade numérica já provou seu valor. Simulações computacionais usando a relatividade numérica previram que a fusão de dois buracos negros seria possível, de acordo com a teoria de Einstein, e liberaria uma poderosa explosão de ondas gravitacionais. Então, em 2015, o observatório LIGO detectou o sinal dessa fusão pela primeira vez, confirmando tanto a teoria centenária de Einstein quanto a notável utilidade da relatividade numérica.

Esse sucesso deixa os pesquisadores confiantes de que a relatividade numérica pode desvendar esses novos mistérios cósmicos. Os métodos tradicionais exigem a simplificação do universo para tornar a matemática administrável, mas a relatividade numérica foi criada para lidar com a realidade completa e complexa da teoria de Einstein. O cosmólogo Eugene Lim compara isso a procurar no escuro: "Você pode procurar ao redor do poste de luz, mas não pode ir muito além dele, onde está escuro — você simplesmente não consegue resolver essas equações. A relatividade numérica permite explorar regiões distantes do poste de luz." 

A confiança da equipe advém dos triunfos anteriores do método. Eles acreditam que seu sucesso na simulação de fusões de buracos negros prova que o método pode lidar com as regiões mais complexas do espaço-tempo. É esse sucesso que impulsiona sua proposta de apontar essa lente poderosa para o desconhecido supremo: o próprio início dos tempos. Na visão deles, questões antes relegadas ao reino da especulação estão finalmente se tornando hipóteses testáveis, levando nossas origens cósmicas da teoria para o laboratório de um supercomputador.

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