O Universo é mais antigo do que pensamos? Parte 3: Paisagem Temporal

 Esta é a Parte 3 de uma série sobre a idade do universo. 

A métrica FLRW é um modelo. E você conhece o ditado: todos os modelos estão errados, mas alguns são úteis. A métrica FLRW é parcimoniosa: é a concepção mais simples que captura a maior quantidade de observações. E de fato é simples. Ela assume que, em escalas suficientemente grandes, o universo é HOMOGÊNEO: que é aproximadamente o mesmo de um lugar para outro, e que essa massa uniforme de matéria está sendo gradualmente diluída à medida que o universo se expande.

Fazemos essas suposições porque a) elas se aproximam bastante da realidade e b) tornam a matemática da relatividade geral, que é notoriamente complexa, um pouco menos complexa.

E é através da linguagem da métrica FLRW que obtemos nosso relógio universal. Nessa métrica, nessas equações, existe um parâmetro que representa a passagem do tempo. Normalmente, usamos o símbolo tau, que é o precursor da letra t no alfabeto grego, então isso se encaixa. E chamamos isso de "tempo próprio", porque parece bastante apropriado.

De qualquer forma, a métrica FLRW fornece uma receita para descobrir o tempo correto desde o início do universo. Você só precisa se encontrar em um referencial que se expanda com o universo, o que significa que você precisa simplesmente relaxar, deixar a vida fluir e não se mover em nenhuma direção específica em relação a todo o resto.

Bem, como diabos se faz isso? Acontece que o universo nos dá uma maneira de descobrir como nos movemos em relação à expansão cósmica, e essa maneira é através da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). A CMB foi emitida simultaneamente (bem, dentro de um intervalo de cerca de 10.000 anos, o que é bastante próximo) em todas as direções, por todo o universo, ao mesmo tempo. E como ela nos bombardeia de todas as direções no céu, podemos usá-la para detectar nosso movimento: se criarmos um mapa de todo o céu da CMB (e já o fizemos, várias vezes), e se ela aparecer com desvio para o vermelho em uma direção e para o azul na direção oposta, podemos descobrir nosso movimento que vai contra o fluxo.

Subtraindo isso, e pronto, você agora está em um referencial em repouso em relação a todo o universo. Bem zen, se me permite dizer. E agora que você tem isso, pode calcular o tempo próprio desde o início do universo, também conhecido como a idade do universo desde o Big Bang.

Não precisamos da radiação cósmica de fundo para isso, mas ela facilita MUITO as coisas, então, por uma vez, obrigado universo por tornar nosso trabalho um pouco menos árduo. 

Mas ESPERE AÍ. A métrica FLRW (e não, eu não me canso de repetir isso) parte de uma SUPOSIÇÃO: a de que o universo é extremamente homogêneo. Mas não existem coisas como galáxias, aglomerados e vazios? Isso não me parece nada homogêneo. Todos nós nos acostumamos com a homogeneização do universo, e um cosmos irregular é um pouco difícil de aceitar.

E talvez, se essa premissa estiver errada, a métrica FLRW não seja tão útil quanto esperávamos, e estejamos errando na estimativa da idade do universo, e quando finalmente encontrarmos os alienígenas, eles vão rir da nossa cara.

Este é o argumento por trás de algo chamado "teoria da paisagem temporal", que soa como algo que você encontraria impresso em texto multicolorido em um site projetado em 1997, mas seu criador é um cosmólogo de verdade que foi treinado no grupo de Stephen Hawking na Universidade de Cambridge. Seu nome é David Wiltshire, e ele argumenta que a irregularidade do universo distorce a métrica FLRW.

Ele afirma que o tempo flui mais rápido nos vazios do que nas densas galáxias e aglomerados. E por causa disso, nossas estimativas da idade do universo estão incorretas, pois partimos do pressuposto de que tudo permanece praticamente igual.

Bem, tudo É praticamente a mesma coisa, nós medimos isso, mas apenas em escalas suficientemente grandes. Um pedaço do universo dentro de uma caixa com cerca de 100 megaparsecs de lado realmente se parece com qualquer outro pedaço do mesmo tamanho. Mas DENTRO dessa caixa, o universo é quase todo vazio, algo em torno de 70 a 90%, dependendo de quem você perguntar.

O problema com o modelo de paisagem temporal é que ele adota uma abordagem não convencional para aplicar a relatividade geral, que não produz resultados claros e consistentes. A cosmologia padrão afirma que o universo é extremamente homogêneo em escalas muito grandes, e só se torna irregular quando se amplia a imagem para uma escala muito grande. Seguindo essa lógica, a dilatação do tempo dentro de vazios é muito pequena em comparação com a dilatação do tempo na sua sala de estar, e embora seja real, é ínfima, menos de um centésimo de um por cento, então não é algo com que precisamos nos preocupar.

Wiltshire diz que isso é um disparate. Estamos partindo de uma premissa de média e, em seguida, adicionando os aglomerados. Ele argumenta que deveríamos primeiro começar com os aglomerados, somá-los todos e, SÓ ENTÃO, calcular a média do resultado. Nessa abordagem, a dilatação do tempo é ENORME, grande o suficiente para explicar a existência da energia escura e alterar drasticamente a idade do universo, dependendo de onde você vive (para galáxias, são 14,2 bilhões de anos; para vazios, mais de 18 bilhões de anos).

Mas essa não é toda a história. Calcular a idade do universo não é a única aplicação da métrica FLRW. Também a utilizamos em nossas simulações do crescimento de estruturas no universo. Se estivéssemos fazendo algo errado, se nossa abordagem de assumir uma superfície lisa e depois adicionar algumas irregularidades não estivesse correta, isso se manifestaria em nossas simulações como arranjos de galáxias que não correspondem às observações. 

As simulações concordam com as observações. Elas simplesmente FUNCIONAM, o que, embora não seja uma prova, é pelo menos um forte indício de que estamos no caminho certo... e que o Timescape não está.

Novamente, não está totalmente descartado, mas não estou preocupado. A métrica FLRW está segura e confiável, e sabemos a idade do universo.

Continua…

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