Anotações científicas - 6

Confusões a respeito do “Big Bang”

Há um texto que deveria ser sempre divulgado para que pessoas que se aventuram a divulgar com erros ou negar com mais erros ainda o modelo principal da Cosmologia.

Charles H. Lineweaver and Tamara M. Davis. MISCONCEPTIONS ABOUT BIG BANG. 

Scientific American, março de 2005. 

https://www.scientificamerican.com/article/misconceptions-about-the-2005-03/ 

Nos nossos arquivos:
https://drive.google.com/file/d/0ByEMpY80-IhaN0E0ZllmNEJ6MEE/ 

Aqui estão os pontos principais desse artigo de divulgação.

• A expansão do universo é frequentemente mal compreendida. Até mesmo astrônomos ocasionalmente cometem erros ao explicá-la.

• O Big Bang não foi uma explosão no espaço, mas sim uma explosão do próprio espaço. Não teve um centro e aconteceu em todos os lugares ao mesmo tempo.

• A analogia do balão inflável é útil para entender a expansão do universo. As galáxias estão paradas em relação ao "tecido" do espaço (como pontos na superfície do balão), mas a distância entre elas aumenta à medida que o espaço se expande.

• As galáxias distantes não estão viajando pelo espaço para longe de nós. Em vez disso, o espaço entre as galáxias e nós está se expandindo.

• As galáxias podem se afastar mais rápido que a velocidade da luz. Isso não viola a relatividade especial porque a velocidade de recessão é causada pela expansão do espaço, não pelo movimento através do espaço.

• A Lei de Hubble afirma que a velocidade de recessão de uma galáxia (v) é diretamente proporcional à sua distância (d), v=Hd. A taxa de expansão não é uma única velocidade.

• O desvio cosmológico para o vermelho (redshift) é causado pelo alongamento das ondas de luz à medida que o espaço se expande e não é o mesmo que o desvio Doppler causado pelo movimento através do espaço.

• O universo está esfriando à medida que se expande. As ondas de luz perdem energia e têm sua temperatura diminuída.

• A hipótese da "luz cansada" (tired-light hypothesis), que sugeria que o desvio para o vermelho era devido à perda espontânea de energia da luz, foi refutada por observações de supernovas e outros dados.

• O universo observável tem um raio de cerca de 46 bilhões de anos-luz, não 14 bilhões de anos-luz (a idade do universo). Isso ocorre porque o espaço percorrido pelos fótons também se expandiu durante a viagem.

• Em um universo em aceleração, existe um horizonte de eventos cósmico. A luz de galáxias que estão além do horizonte de eventos atual (16 bilhões de anos-luz) nunca poderá nos alcançar.

• Objetos ligados, como galáxias, planetas e pessoas, não se expandem com o universo. A expansão, por si só, não produz força.

Complementos

O artigo de Lineweaver e Davis é um clássico fundamental porque ataca justamente as "intuições" que nos enganam quando tentamos aplicar a física do dia a dia (escala humana) à escala cosmológica.

Para complementar os pontos que já listamos, aqui estão mais alguns tópicos e detalhes técnicos extraídos da argumentação dos autores e do contexto científico que podem enriquecer o seu texto:

1. O "Onde" do Big Bang (A Singularidade Espacial)

• Complemento: Muitas pessoas imaginam o Big Bang como um ponto de luz em um vazio escuro preexistente. É crucial enfatizar que não existe "fora" do universo. Se o universo é infinito, ele sempre foi infinito (mesmo no início, apenas muito mais denso). Se for finito (como a superfície de uma esfera), ele expande sem ter uma borda ou uma fronteira física.

2. A Diferença Crítica: Redshift Doppler vs. Cosmológico

• Complemento: No efeito Doppler comum (uma ambulância passando), a luz ou som muda de frequência devido ao movimento através do ar ou do espaço. No desvio cosmológico, os fótons "esticam" enquanto viajam porque o próprio meio (o espaço-tempo) se dilatou. A luz não "perde energia" para algo; ela se adapta à nova escala do universo.

3. A Confusão sobre a Velocidade da Luz (c)

• Complemento: É comum o argumento: "Nada viaja mais rápido que a luz, logo galáxias não podem se afastar de nós além de c". O artigo esclarece que a Relatividade Especial proíbe objetos de passarem um pelo outro com velocidade local superior a c. Porém, na Relatividade Geral, não há limite para a taxa de expansão do próprio espaço. Galáxias com redshift (z) maior que 1,5 já estão se afastando de nós a velocidades superluminais.

4. O "Paradoxo" da Estaticidade Local

• Complemento: Por que a sua casa ou o Sistema Solar não aumentam de tamanho se o espaço está expandindo? O artigo explica que a expansão não é uma "força" que empurra as coisas. Objetos mantidos juntos por forças mais fortes (gravidade em galáxias, eletromagnetismo em átomos) permanecem coesos. A expansão só domina em escalas imensas (vazios intergalácticos), onde a densidade de matéria é insuficiente para vencer o fluxo de Hubble.

5. O Horizonte de Partículas vs. Idade do Universo

• Complemento: Se o universo tem ~13,8 bilhões de anos, por que o limite observável é de 46 bilhões de anos-luz? É preciso explicar que o fóton que viajou por 13,8 bilhões de anos percorreu uma distância que, hoje, devido à expansão ocorrida durante o trajeto, equivale a esse raio maior. É como caminhar em uma esteira rolante que está esticando enquanto você pisa nela.

6. A Aceleração da Expansão (Energia Escura)

• Complemento: O artigo original de 2005 já lidava com a descoberta recente (1998) de que a expansão não está apenas ocorrendo, mas acelerando. Isso introduz o conceito de que o Horizonte de Eventos está diminuindo em termos de "conteúdo acessível": no futuro remoto, outras galáxias (que não pertencem ao nosso Grupo Local) desaparecerão completamente de nossa visão, tornando o universo observável um lugar muito mais solitário.