Do Big Bang ao Universo Eterno - Mário Novello

Somente no final da década de 1970 descobriu se a primeira solução analítica das equações da teoria da relatividade geral de Einstein, representando uma cosmologia sem singularidade. Essa solução descreve um Universo eterno espacialmente homogêneo, colapsando a partir do vazio. Seu volume total diminui com o passar do tempo cósmico, até atingir um valor mínimo, e, a partir daí, entra na atual fase de expansão.

[pg. 05 - folha anterior ao Sumário]

A cosmologia tem como tarefa a refundação da física. Recentemente ocupei-me de expor esta ideia e mostrar as razões que sustentam esta afirmação.{1} Mas meu propósito aqui é de outra natureza. Neste livro, dedico-me a apresentar historicamente as circunstâncias que estão levando o modelo cosmológico conhecido como big bang a perder o caráter hegemônico que ostentou desde os anos iniciais da década de 1970 até há pouco tempo. Examinarei também o modelo cosmológico que, nos últimos anos, vem atraindo a atenção dos cientistas: o cenário de um Universo eterno dinâmico.

[pg. 09 - Prefácio]

Em dezembro de 2007, concluí, com meu colaborador Santiago Bergliaffa, a redação de um artigo que uma revista científica me convidara a escrever, e que nos ocupou intensamente aquele ano todo. Tratava-se de analisar de modo crítico as diferentes propostas que os cosmólogos produziram, ao longo do século XX até os nossos dias, envolvendo modelos cosmológicos não singulares, isto é, modelos que se opõem frontalmente ao antigo cenário padrão chamado big bang.

O resultado dessa análise — em que examinamos mais de 400 trabalhos científicos — foi um artigo longo, de mais de 100 páginas, que ganhou o título de “Bouncing cosmologies”.{2} Quando, no final do mesmo ano, enviamos o texto para a prestigiosa revista Physics Report, nos demos conta de que aquele era um momento simbólico do fim do paradigma paralisante do modelo explosivo. Com efeito, era a primeira vez, desde os anos 1970 — data que marca o começo da hegemonia do cenário da grande explosão —, que uma revista científica de tão elevada reputação na comunidade internacional da ciência abria tamanho espaço para examinar a questão crucial da cosmologia, a origem do Universo, fora do contexto simplista do cenário big bang.{3}

[pg. 11 - Prólogo]

Nesse cenário, o momento singular, caracterizado por uma condensação máxima pela qual o Universo passou há uns poucos bilhões de anos, é identificado ao “começo do Universo” e não permite análise ulterior. Em oposição, no cenário não singular, o Universo não tem um “começo” separado de nós por um tempo finito em nosso passado; aquele momento de condensação máxima nada mais é que um momento de passagem de uma fase anterior para a atual fase de expansão.

No modelo cosmológico do Universo eterno, nesses cenários não singulares, dá-se um passo a mais, ao procurar uma explicação racional para a expansão do volume total do Universo. Dito de outro modo, trata-se de retirar o limite que os cientistas se impuseram arbitrariamente, no século XX, rumo à análise do que teria ocorrido antes do momento de máxima condensação, produzindo aquele estado único, especial, a partir do qual o volume total do espaço aumentaria com o passar do tempo cósmico, exibindo uma expansão.

O presente livro, baseado no artigo de 2007 e em uma série de conferências que realizei ao longo de 2007 e 2008, introduz o leitor não especialista à seguinte questão: o Universo teve  um começo em um tempo finito, ou ele é eterno?

[pg. 12 - Prólogo]

Um professor da Universidade de Lyon fez então um comentário que me espantou enormemente. Embora conhecendo minhas críticas a este modelo, disse que eu deveria falar apenas do big bang, acrescentando que não caberia enfatizar as dificuldades de princípio que ele possui. “Para as pessoas que não são especialistas em cosmologia, e mesmo para cientistas de outras áreas”, continuou, “não se devem explicitar dúvidas que os cosmólogos possam ter sobre a evolução do Universo. Segundo ele, isso só contribuiria para reduzir o status dessa ciência, abrindo espaço para o aparecimento de explicações de caráter não científico e até transcendentais.” Acrescentou que isso se devia à particularidade da cosmologia e à grandiosidade do objeto de seu estudo, estas centenas de bilhões de galáxias e estrelas que podemos observar no Universo.

Embora o problema da “origem do Universo” não tenha, para os cosmólogos, importância primordial — pois é um dentre vários com que se defrontam na produção de uma explicação racional a respeito dos diversos fenômenos observados no Universo —, para a maioria das pessoas ele apresenta um interesse fantasticamente grande, que vai muito além da simples curiosidade eventual e passageira. A razão para isso tem a mesma origem daquela que impulsionou os povos do passado, ao longo da história de todas as civilizações, a produzir mitos cosmogônicos sobre a criação.

[pgs. 13/14 - Prólogo]

...a quase totalidade de textos de fácil acesso se limita à versão da criação explosiva. Isso seria aceitável se ela fosse validada pela observação, sem que houvesse qualquer explicação alternativa. Mas, ao contrário, como veremos, ela é precisamente o modelo que inibe uma história racional completa do Universo.

[pg. 14 - Prólogo]

É fácil constatar que muitas das informações referentes ao big bang são produzidas sem que se obedeça ao compromisso fundamental que qualquer divulgador da ciência — seja ele cientista ou não — deve cumprir. Como a divulgação científica se destina, na maior parte das vezes, a não especialistas — que não possuem as ferramentas formais para avaliar criticamente o que lhes é apresentado —, toda afirmação que se faz e que não teve ainda sua veracidade confirmada pelos métodos convencionais, absolutos e universais da ciência deve exibir para o ouvinte e/ou o leitor sua condição limitada ou provisória. Caso contrário, como já comentei, esse uso indevido do status elevado que a ciência possui nada mais será que uma “máscara atrás da qual se esconde um poder político que não ousa se declarar como tal”.{6}

[pg. 15 - Prólogo]

 

Antecedentes [ pgs. 17/19]

Mesmo sem ter produzido uma explicação racional sobre a origem do Universo, o modelo big bang — isto é, a ideia de que o Universo foi criado por uma grande explosão que teria acontecido há cerca de poucos bilhões de anos — dominou o cenário cosmológico durante a maior parte da história moderna da cosmologia, em particular dos anos 1970 a 2000. Isso pode ser atribuído a várias circunstâncias que adiante teremos oportunidade de esclarecer.

Embora essa imagem extremamente simplista do que teria ocorrido no início da atual fase de expansão do Universo não tenha sido ainda abandonada de todo, devemos reconhecer que ela não está mais dotada do vigor e da hegemonia que possuía no passado recente

...observações astronômicas recentes, que foram interpretadas como se a expansão do Universo estivesse acelerada.

“o Universo é singular?”

“existiu um momento único de criação deste nosso Universo?”

Mas a indagação, embora explicite uma necessidade atávica do homem, estava mal-formulada. Essa não era a pergunta adequada, pois, para respondê-la, é necessário empreender uma extrapolação impossível de ser controlada pela observação direta.

A pergunta que deve ser feita é esta: pode a ciência produzir uma explicação racional para a evolução do Universo se o big bang for identificado com o começo de tudo que existe?

 No entanto, é possível, antes disso, esboçar uma primeira visão das dificuldades intransponíveis que um cenário explosivo provoca.

De um modo geral, a física se organiza a partir do princípio de Cauchy, que descreve o modo pelo qual se dá o concerto entre teoria e observação. Ao se realizar uma experiência, obtém-se certo número de informações sobre dado processo físico. Com a repetição desta ou de outras observações, amplia-se o conhecimento de diferentes propriedades associadas ao fenômeno em questão. Esse processo é então descrito por uma teoria que permite conhecer a evolução temporal do fenômeno e sobre ele inferir previsões. Novas observações permitem então verificar a validade ou não das previsões. O procedimento é bastante geral — e até uma história do Universo pode ser estabelecida segundo tal modo convencional de organização.

Assim, o cientista produz uma explicação dos fenômenos segundo o esquema “observação-teoria-observação”. Para que se possa seguir o procedimento convencional na cosmologia, é indispensável obter observacionalmente informações sobre as características do Universo em dado momento. Só assim se poderiam elaborar e testar teorias globais a respeito de sua evolução. Se, por alguma razão, em determinado momento, não for possível medir quantidades físicas de natureza global associadas ao Universo como um todo, esse modo de proceder não pode ser adotado.

 Há várias condições para que o procedimento possa ser efetivado. A mais simples e fundamental delas requer que todas as grandezas envolvidas sejam descritas por quantidades finitas. Isso se deve ao caráter finito de toda observação, pois qualquer medida demanda um número real e finito para caracterizá-la. Assim, ao identificar o começo de tudo a uma explosão inicial — como faz a proposta do cenário big bang — em que quantidades a princípio observáveis atingiriam, segundo o modelo, o valor infinito (como a densidade de energia total do Universo), esta condição básica não estaria preenchida.

Segue-se daí, como consequência inevitável, a impossibilidade de construir uma ciência da natureza envolvendo a totalidade do que existe: não seria possível construir uma base teórica a partir da qual se estabeleceria uma história completa do Universo. A cosmologia não descreveria esta totalidade. Assim, no modelo big bang stricto sensu, a cosmologia não poderia se constituir como ciência.