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Existiu ou Não Um Big Bang? Equações Quânticas Preveem Um Universo Sem Início

Space Today
12 fev 2015

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observatory_1501051O universo pode ter sempre existido, de acordo com um novo modelo que aplica termos de correção quântica para complementar a Teoria da Relatividade de Einstein. O modelo também pode considerar a matéria escura e a energia escura, resolvendo múltiplos problemas de uma vez.

A idade vastamente aceita do universo, como estimada pela teoria da relatividade geral, é de 13.8 bilhões de anos. No começo, acredita-se que tudo  ocupava um único ponto infinitamente denso, ou a singularidade. Somente depois desse ponto iniciou-se a expansão no chamado Big Bang e o universo oficialmente começou.

Embora a singularidade do Big Bang surge diretamente e sem dúvida e inevitavelmente da matemática da relatividade geral, alguns cientistas as veem como problemática porque a matemática pode explicar somente o que acontece imediatamente depois – não no momento ou antes – da singularidade.

“A singularidade do Big Bang é o problema mais sério da relatividade geral pois as leis da física parecem não funcionar nesse ponto”, disse Ahmed Farag Ali na Universidade Benha e na Zewail City of Science and Technology, ambos no Egito.

Ali e co-autor Saurya Das da Universidade de Lethbridge em Alberta, no Canadá, mostraram num artigo publicado na revista Physics Letters B que a singularidade do Big Bang pode ser resolvida pelo seu novo modelo onde o universo não teve um início e nem um fim.

Os físicos enfatizam que seus termos de correção quântica não são aplicados na tentativa de especificamente eliminar a singularidade do Big Bang. Seu trabalho é baseado nas ideias propostas pelo físico teórico David Bohm, que também é conhecido por suas contribuições para a filosofia da física. Começando em 1950, Bohm, explorou a troca da geodésica clássica (o menor caminho entre dois pontos numa superfície curva), com trajetórias quânticas.

No artigo, Ali e Das aplicaram essas trajetórias Bohmiana a uma equação desenvolvida na década de 1950 pelo físico Amal Kumar Raychaudhuri na Presidency University em Kolkata, na Índia. Raychaudhuri também foi professor de Das quando ele estava na graduação na instituição na década de 1990.

Usando a equação quântica corrigida de Raychaudhuri, Ali e Das derivaram as equações quânticas corrigidas de Friedmann, que descreve a expansão e a evolução do universo (incluindo o Big Bang) dentro do contexto da relatividade geral. Embora não seja uma verdadeira teoria da gravidade quântica, o modelo contém elementos tanto da teoria quântica como da relatividade geral. Ali e Das também esperam que seus resultados possam se manter mesmo quando uma teoria completa da gravidade quântica for formulada.

Além de não prever a singularidade do Big Bang, o novo modelo não prevê uma singularidade no “Big Crunch”. Na relatividade geral, um possível destino para o universo é que ele começa a se encolher até que colapse num big crunch e se transforme num ponto infinitamente denso novamente.

Ali e Das explicam em seu artigo que seu modelo evita singularidades pois considera uma diferença chave entre a geodésica clássica e as trajetórias Bohmiana. A geodésica clássica eventualmente cruza uma a outra, e o ponto onde elas convergem são as singularidades. Em contraste, as trajetórias Bohmianas nunca se cruzam, então as singularidades não aparecem nas equações.

Em termos cosmológicos, os cientistas explicam que as correções quânticas podem ser pensadas como termos de constantes cosmológicas (sem a necessidade para a energia escura) e um termo de radiação. Esses termos mantêm o universo num tamanho finito dando a ele uma idade infinita. Os termos também fazem previsões que concordam muito bem com as atuais observações da constante cosmológica e da densidade do universo.

Em termos físicos, o modelo descreve o universo como sendo preenchido com um fluido quântico. Os cientistas propõem que esse fluido possa ser composto de gravítons – partículas hipotéticas sem massa que permeiam a força da gravidade. Se eles existem, os gravítons são pensados como terem um papel fundamental na teoria da gravidade quântica.

No artigo, Das e outro colaborador, Rajat Bhaduri da Universidade McMaster, Canadá, deram mais credibilidade para esse modelo. Eles mostraram que os gravítons podem formam um condensado de Bose-Einstein (denominado em homenagem a Einstein e outro físico indiano Satyendranath Bose) em temperaturas que estavam presentes no universo em todas as épocas.

Motivados pelo potencial do modelo de resolver a singularidade do Big Bang e por considerar a matéria escura e a energia escura, os físicos planejam analisar seu modelo de maneira mais rigorosa no futuro. Seus trabalhos futuros incluem refazer seu estudo levando em consideração pequenas heterogeneidades e perturbações anisotrópicas, mas eles não esperam que pequenas perturbações tenham efeitos significantes nos resultados.

“É satisfatório notar que essas correções possam potencialmente resolver muitas questões de uma única vez”, diz Das.

Fonte:

http://phys.org/news/2015-02-big-quantum-equation-universe.html

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Comentários

  • Marcello

    Será que o big bang realmente aconteceu?

    Sim, apesar das recentes afirmações em contrário. Um novo artigo na Physical Letters B teve a imprensa popular se perguntando se não havia big bang, mas os autos atuais afirmam tal coisa.

    O big bang é muitas vezes apresentado como uma espécie de explosão a partir de um ponto inicial, mas, na verdade, o modelo do Big Bang simplesmente postula que o Universo era extremamente quente e denso, quando o universo era jovem. O modelo faz certas previsões, tais como a existência de um fundo cósmico térmico, que o universo está se expandindo, a abundância de elementos, etc. Todos estes têm correspondido à observações com grande precisão. O big bang é uma teoria científica robusta e que não está indo embora, e esta nova teoria não faz nada para questionar sua legitimidade.

    Isso não significa que não há perguntas não respondidas sobre o big bang. Por exemplo, os modelos simples do big bang mostram que se você voltar no tempo longe o suficiente, no momento em que todo o universo era uma singularidade infinitamente densa. Essa singularidade marcaria o tempo zero para o cosmos. Como muitos de vocês sabem, as singularidades são problemáticas, e eles tendem a suscitar muito debate. É aí que vem o artigo.

    O artigo apresenta um modelo do big bang sem uma singularidade inicial. Ele faz isso olhando para um resultado derivado da relatividade geral conhecida como a equação Raychaudhuri. Basicamente sua equação descreve como um volume de alterações da substância ao longo do tempo, por isso é uma ótima maneira de encontrar onde singularidades físicas existem em seu modelo. Mas ao invés de usar a equação Raychaudhuri clássica, os autores usam uma variação com alguns ajustes quânticos. Esta abordagem é muitas vezes chamada de semi-clássica, porque ela usa alguns aspectos da teoria quântica, mas não é um modelo completo de gravidade quântica (que não temos).

    O que os autores mostram é que seu modelo Raychaudhuri modificado elimina a singularidade inicial do big bang. Ele também prevê uma constante cosmológica, que é um mecanismo proposto para a energia escura. Seu modelo é realmente básico, mas este primeiro resultado mostra que este tipo de abordagem pode funcionar. O problema é que, ao eliminar a singularidade, o modelo prevê que o universo não teve princípio. Ele existe desde sempre como uma espécie de potencial quântico antes de "entrar em colapso" no estado quente e denso que chamamos o big bang. Infelizmente muitos artigos confundem "nenhuma singularidade" com "não big bang".

    Embora este seja um modelo interessante, deve notar-se que é muito básico. Mais uma prova de conceito do que qualquer outra coisa. Deve também ser notado que a substituição da singularidade do big bang com uma história eterna não é uma concepção nova. Muitos modelos de inflação, por exemplo, fazem previsões semelhantes. Mas nenhuma dessas idéias eliminam o big bang, que é um fato científico estabelecido.

    Artigo: Ahmed Farag Alia & Saurya Das. Cosmology from quantum potential. Phys. Let. B. 741, 276–279. (2015)