O universo se expandirá para sempre ou eventualmente entrará em colapso?
Um artigo publicado em junho sugeriu que a expansão infinita era impossível de acordo com uma das principais teorias da física - uma conjectura que provocou enormes ondas na comunidade da física.
"As pessoas ficam muito emocionadas com isso, porque se for verdade e descoberta, seria espetacular", disse Timm Wrase, físico da Universidade de Tecnologia de Viena.
Agora, Wrase e seus colegas publicaram um estudo separado que abre um enorme buraco nesse argumento, o que significa que um universo em constante expansão ainda não pode ser descartado.
Energia escura e expansão cósmica
Nosso universo é permeado por uma força vasta e invisível que parece opor-se à gravidade. Os físicos chamam essa força de energia escura, e acredita-se que ele esteja constantemente empurrando nosso universo para fora.
Mas em junho, um grupo de físicos publicou um artigo na revista pré-impressão arXiv, sugerindo que a energia escura muda com o tempo. Isso significa que o universo não se expandirá para sempre, mas poderá eventualmente cair no tamanho que era antes do Big Bang.
Quase imediatamente, no entanto, os físicos encontraram problemas com a teoria: vários grupos independentes publicaram artigos que sugeriam revisões da conjectura. Agora, um artigo publicado em 2 de outubro na revista Physical Review D sugere que, como está, a conjectura original não pode ser verdadeira porque não pode explicar a existência do bóson de Higgs - que sabemos que existe, graças a o Large Hadron Collider, o massivo colisor de partículas na fronteira entre a França e a Suíça.
Ainda assim, com um pouco de ajustes teóricos, a conjectura do universo em colapso ainda pode ser viável, disse Wrase, co-autor do novo artigo da Physical Review D, à Live Science.
Como explicamos tudo o que já existiu?
A teoria das cordas, às vezes chamada de teoria de tudo, é uma estrutura matematicamente elegante, mas experimentalmente não comprovada, para unir a teoria da relatividade geral de Einstein à mecânica quântica. A teoria das cordas sugere que todas as partículas que compõem o universo não são realmente pontos, mas cordas unidimensionais que vibram - e as diferenças nessas vibrações nos permitem ver uma partícula como um fóton e outra como um elétron.
Para que a teoria das cordas seja uma explicação viável para o universo, ela deve incorporar energia escura.
Imagine essa energia escura como uma bola em uma paisagem de montanhas e vales que representam a quantidade de energia potencial que ela possui, disse Wrase. Se uma bola estiver no topo da montanha, ela pode estar quieta, mas pode rolar com a menor perturbação e, portanto, é instável. Se a bola está sentada em um vale, não está mudando ou se movendo, tem baixa energia e reside em um universo estável, porque mesmo um forte impulso faria com que ela voltasse para o vale.
Os teóricos das cordas assumiram há muito tempo que a energia escura é constante e imutável no universo. Em outras palavras, ele se aconchegou nos vales entre as montanhas, não rolando das montanhas e, portanto, não mudando com o tempo, disse Wrase.
Mas a conjectura apresentada em junho sugere que, para que a teoria das cordas funcione, a paisagem não possui montanhas ou vales acima do nível do mar. (Nessa concepção, nosso universo está acima do nível do mar - que metaforicamente marca o ponto em que a energia escura começa a unir o universo ou afastar o universo.)
Em vez disso, a paisagem é uma ligeira inclinação e a bola de energia escura está rolando cada vez mais para baixo. "Enquanto está rolando para baixo, a energia escura se torna cada vez menor", disse Wrase. "A altura da bola corresponde à quantidade de energia escura em nosso universo."
Nessa teoria, a energia escura pode eventualmente chegar ao nível do mar e começar a reunir o universo de volta à sua forma anterior ao Big Bang.
Mas há apenas um problema, disse Wrase.
"Mostramos que tais cumes instáveis precisam existir", disse ele. Isso é porque sabemos que a partícula de Higgs existe. E provamos experimentalmente que as partículas de Higgs podem existir sobre essas montanhas ou "universos instáveis" e podem ser perturbadas com o menor toque, disse ele.
Dificuldade com estabilidade de universos
Cumrun Vafa, um teórico das cordas de Harvard e autor sênior do artigo de conjeturas de junho, disse à Live Science em um e-mail que, de fato, a conjectura original tem "dificuldade com universos instáveis". Este novo artigo e alguns outros mostram esse problema, acrescentou. Mas existem vários trabalhos que propõem pequenas revisões da conjectura que ainda aderem às limitações propostas por Wrase e sua equipe, afirmou.
Mesmo na conjectura revisada, "não estaríamos em um universo estável, mas as coisas mudariam", disse Wrase. A revisão diz que montanhas podem existir, mas vales estáveis não, disse ele. (Imagine a forma da sela de um cavalo). A bola precisa começar a rolar e a energia escura precisa mudar com o tempo, acrescentou. Mas "se a conjectura estiver errada, a energia escura poderia ser constante, estaríamos em um vale entre duas montanhas", e o universo continuaria se expandindo.
Dentro de 10 a 15 anos, ele espera que os satélites que medem com mais precisão a expansão do universo possam nos ajudar a entender se a energia escura é constante ou está mudando.
Vafa concordou. "Estes são tempos empolgantes na cosmologia e, esperançosamente, nos próximos anos, veremos evidências experimentais da mudança da energia escura em nosso universo", disse ele.
