Como era o Universo antes do Universo: do vácuo quântico às galáxias
Adobe Stock Uma questão intrigante que vamos explorar: o que havia antes do Big Bang? Neste artigo, seguiremos o caminho mais extenso possível, desde flutuações quânticas até a formação das galáxias. Algo ocorreu antes, preparando o cenário para a fase quente que chamamos de Big Bang. Os primórdios do Cosmos, antes do surgimento do Universo que conhecemos, podem parecer pouco interessantes: todas as regiões eram extraordinariamente semelhantes, o que denominamos homogeneidade. Não havia diferenças perceptíveis entre locais próximos ou distantes. Do ponto de vista estatístico, as variações eram mínimas. Uma serenidade aparentemente absoluta. Contudo, esse início estava longe de ser trivial. Daquela uniformidade quase perfeita emergiram mudanças profundas. Antes da fase quente (que chamamos de Big Bang), algo deve ter acontecido que preparou o terreno e deixou o Universo pronto para evoluir como fez posteriormente. Uma distribuição de matéria imensamente rica que deu origem a estrelas, galáxias, aglomerados, filamentos e vazios. A questão central da Cosmologia moderna pode ser formulada assim: por que esse início aparentemente simples já continha as sementes de toda a estrutura posterior do Universo?
Agora no g1 O inverno cósmico No plasma primordial, a serenidade não era como se costuma imaginar. Por isso, se questionarmos à mecânica quântica se o vácuo está vazio, ela responderá que não é assim. Esse plasma era composto por partículas que colidiam entre si e interagiam. Um nada repleto de ação. Nesse plasma, eram comuns as transformações entre partículas, algo que é gerido pela interação nuclear fraca, uma das quatro forças fundamentais da natureza, aquela que altera a natureza das coisas. E o Universo se expandia. Quanto mais ele se expandia, menores eram as chances dessas partículas interagirem entre si e, rapidamente, o ritmo das colisões diminuía. Apenas um segundo após o início da expansão do Universo, elas ficaram congeladas. A consequência favorável daquele inverno cósmico foi que os neutrinos se desacoplaram do plasma e começaram a se propagar livremente. Esses neutrinos são, até hoje, candidatos a revelar o segredo de por que o Universo é composto principalmente de matéria e não de antimatéria. Muito mais tarde, cerca de 380 mil anos após o Big Bang, os fótons se desacoplaram e o plasma se tornou transparente. Os fótons começaram a viajar quase sem obstáculos. São eles que hoje observamos como radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o “eco” do início do Universo visível. Foi assim que a luz surgiu no Cosmos. O Big Bang quente descreve com grande precisão essa fase em que o Universo já estava frio e diluído o suficiente para ser regido por uma física bem conhecida. Mas, como vimos, antes disso ocorreram pequenas grandes coisas.
A inflação Essa fase anterior foi um período de expansão acelerada do espaço-tempo, que durou uma fração de segundo, e que chamamos de inflação. Não se trata de um elemento adicional que cumpre uma função decorativa, mas sim do contexto que torna compreensível o próprio Big Bang quente. A inflação explica não apenas a homogeneidade que hoje se observa no Universo, mas também a geometria espacial quase plana e a presença de pequenas perturbações capazes de crescer por efeito da gravidade. Podemos imaginar a inflação como o efeito de um campo que preenche todo o espaço, que evolui lentamente e vai perdendo energia. A intensidade dessa energia determina o ritmo de expansão do Universo, mais ou menos acelerado. Mas há mais. A energia não apenas estica a folha; ela também a deforma, como se criasse ondulações suaves e imperceptíveis. Essa curvatura orienta como a matéria se move e se agrupa. A inflação não apenas fez o Universo crescer, mas também preparou o relevo que mais tarde permitiu a formação de galáxias e estruturas cósmicas. O que há de belo na inflação, ou pelo menos o que chama a atenção, é que ela esticou, por assim dizer, as perturbações primordiais que surgiram nesse plasma energético primordial, expandindo as flutuações quânticas inevitáveis dos campos que governam o Universo. Mas o que isso significa?
A gravidade e o que já existe De acordo com a física quântica, em um campo (como era aquele plasma primordial) há variações mínimas e aleatórias na densidade de energia em pontos específicos. No Universo primitivo, essas flutuações eram pequenas e ocorriam em uma escala subatômica. Durante a fase de inflação cósmica, o Universo passou por uma expansão exponencial extremamente rápida. Isso ampliou as flutuações quânticas, que passaram de escalas microscópicas para escalas muito maiores, chegando até a ser tão grandes quanto o próprio Universo. Isso as retirou do mundo do microscópico e as transformou em variações de densidade em grande escala. Assim que essas flutuações se tornaram macroscópicas, transformaram-se em pequenas variações de densidade na matéria. E quando a matéria entrou em cena, o terreno estava pronto para que a gravidade atuasse. Sob a influência da gravidade, essas variações de densidade cresceram e formaram as estruturas cósmicas que observamos hoje, como galáxias e aglomerados de galáxias. O fato de a matéria ter se organizado dessa maneira permitiu que existissem regiões com densidade suficiente para formar estrelas e sistemas planetários, em vez de ser um espaço vazio e uniforme. A existência de flutuações decorrentes do acaso quântico representa a condição mínima para que exista qualquer estrutura em escalas maiores — aquela que agora permite que haja histórias para contar. Sabemos que essas perturbações primordiais existiram porque, felizmente, elas deixaram traços distintos na radiação cósmica de fundo — fósseis das pequenas irregularidades de origem quântica que surgiram quando o Universo ainda era quase homogêneo.
A pegada quântica do Universo primitivo Tradicionalmente, o estudo do Universo se concentrava em como a gravidade atrai a matéria para formar estruturas. Hoje, no entanto, buscamos algo mais profundo: a ousadia de detectar, de forma indireta, mas rigorosa, a pegada quântica do Universo primitivo, a origem das flutuações primordiais. A gravidade atua apenas sobre o que já existe. A ideia não é apenas poder afirmar a existência de um passado quântico, mas sim prever suas consequências. A natureza probabilística dessa fase quântica foi responsável pela organização da matéria e por ela ter se organizado de maneiras específicas. Enquanto aguardamos a superação do desafio intelectual de unir a gravidade às demais forças da natureza, pelo menos avançamos na compreensão de como elas cooperaram para criar um Universo, um lugar onde pudessem surgir seres capazes de empreender essa busca. Para mais notícias acesse… Confira também outros conteúdos em…
