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 A ORIGEM DO UNIVERSO
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Todas as estrelas do universo se formaram depois de uma explosão, denomidana big bang

A teoria do big bang não podia ter aparecido antes do século XX, já que não existia nem ferramentas conceituais nem instrumentos de observação que poderiam ajudar na sua criação. Ao contrário, a contemplação do orbe celeste aparenta quietude e estabilidade. Apenas uns poucos pontos — os planetas — que vão se movendo com a passagem dos dias permitem entrever que no céu também existe a mudança e a variação.

A mecânica newtoniana, sem embargo, havia colocado em uma situação embaraçosa esta imagem do universo, pois se Newton estivesse correto a respeito da força da atração gravitacional, como seria possível que, com a passagem do tempo, toda a matéria não se concentrasse em um mesmo ponto?

Outra questão era a seguinte: se as estrelas emitiam calor durante um tempo infinito, o espaço então tenderia à mesma temperatura que a superfície das estrelas. Essa teoria significaria que o céu deveria brilhar com a mesma intensidade durante o dia como durante a noite.

Tais questões, certamente embaraçosas para muitos físicos, não tiveram qualquer solução até o surgimento da física do século XIX.

A Teoria da Relatividade Geral proposta por Albert Einstein (1879-1955) e publicada em 1915 causou uma verdadeira revolução em nossa concepção de universo. A partir dessa teoria foram deduzidos fenômenos que o próprio Einstein recebeu com ceticismo: os buracos negros e a expansão do universo. Einstein introduziu uma variável — que ele denominou de “constante cosmológica” — em suas equações com o propósito de que sua teoria fosse compatível com um universo estático. Mais tarde, o físico judeu considerou essa variável seu maior erro em toda sua carreira científica (a história dessa variável, contudo, é tão curiosa que na atualidade alguns cosmólogos a retomaram. Einstein era tão genial que até mesmo quando se equivocava proporcionava ao mundo científicos idéias fecundas).

O matemático e físico russo Alexander Alexándrovich Friedmann (1888-1953) desenvolveu, em 1922, um modelo de universo em expansão a partir da Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Essa conseqüência teórica era surpreendente e revolucionária, mas ela ainda não estava respaldada pelos fatos e possivelmente por essa razão não era levada em consideração. Ao fim e ao cabo ela não era mais que uma dedução baseada em uma teoria. Porém, as observações astronômicas de Edwin Powell Hubble (1889-1953) corroboraram essa nova e revolucionária visão do universo.


DESLOCAMENTO ATÉ O VERMELHO
Durante o período 1922-1924, Hubble utilizou um dos telescópios mais poderosos da época — o telescópio Hooker — para fazer imagens do céu. A partir desses dados, Hubble descobriu que algumas das nebulosas se encontravam mais longe que qualquer outra estrela pertencente à Via Láctea. Isso significava que o universo era composto também por outras galáxias. A descoberta feita por Hubble foi tão revolucionária quanto as grandes navegações portuguesas e espanholas, pois, como os navegantes, Hubble aumentou aquilo que até então os seres humanos acreditavam ser o universo. A segunda e ainda mais impactante descoberta feita por Hubble foi a comprovação de que esse inimaginável e infinito universo estava em constante expansão. O cosmólogo chegou a tal conclusão servindo-se dos espectros de radiação das galáxias e da utilização daquilo que é conhecido como efeito Doppler.

A luz se decompõe em diferentes cores, que correspondem a diferentes longitudes de onda, que podem ser tanto visíveis quanto invisíveis. Essa decomposição recebe o nome de “espectro de luz”. Quando a luz atravessa um determinado gás, algumas franjas do espectro são absorvidas. Por esse motivo, a partir do espectro de absorção é possível determinar, por exemplo, a composição química de uma estrela distante do Sol. Hubble estudou os espectros de luz procedentes de outras galáxias. Ele percebeu que todos os espectros se deslocavam para o vermelho, ou seja, tinham longitudes de onda cada vez maiores.

Isso significava que, do mesmo modo que o barulho da sirene de uma ambulância em movimento — o som fica mais intenso e repete mais rapidamente quando a ambulância está mais próxima e fica mais fraco e mais lento quando a ambulância se distancia —, os espectros de luz tinham um efeito similar. Esse efeito é chamado de efeito Doppler.

Hubble descobriu que, se os espectros se deslocavam para o vermelho e isso significava que as galáxias estavam se afastando, o universo estava, portanto, em expansão. A partir do descobrimento, o universo deixou de ser algo estático e em eterno repouso para algo em ebulição e mudança constante.


BIG BANG E A TEORIA ESTACIONÁRIA
Se olharmos os fotogramas de um globo que se incha na ordem inversa em que o fenômeno foi filmado, temos a impressão de que o globo, ao invés de inflar-se, está se contraindo cada vez mais. Os cosmólogos haviam levado a cabo uma dedução semelhante em respeito ao universo: os dados de Hubble eram como fotogramas de universo em expansão. Se tais dados fosse vistos no sentido contrário, chegar-se-ia ao momento em que todas as galáxias estariam concentradas em um mesmo ponto. O sacerdote e cosmólogo belga Georges Lemaître (1894-1966) foi um dos primeiros a tratar a questão. Ele batizou esse ponto de concentração como “átomo primogênito”. Também descreveu o desenvolvimento do universo com as seguintes palavras: “A evolução do universo é comparável a fogos de artifício que acabam de explodir. O que vemos nos momentos seguintes à explosão são cinzas, fumaça e ouvimos um zumbido. Se pudéssemos voltar esses eventos no tempo, teríamos a explosão ao contrário. Isso é o mesmo que fazem os cosmólogos: tentam recriar o esplendor desvanecido da origem dos mundos”.

Sem embargo, essa concepção incomodava numerosos cientistas porque, ao pressupor um momento criador, dava-se força a diversas especulações de cunho religioso. Contudo, os dados obtidos por Hubble não podiam ser interpretados de outras maneiras. As galáxias que ele havia estudado eram próximas à Via Láctea. Portanto, podia se supor que as mesmas estavam se separando, porém, não havia nenhum dado que pudesse extrapolar essa informação para todo o universo. Por essa razão, muitos cientistas trataram de desenvolver várias teorias que se ajustassem às evidências levantadas por Hubble. O britânico Fred Hoyle (1915-2000), o astrônomo e matemático mais brilhante de sua geração, era um dos críticos das teorias surgidas em torno das descobertas feitas por Hubble. Certa vez, num programa de rádio, Hoyle batizou ironicamente tais teorias como “teorias do big bang”. Paradoxalmente, a teoria acabou servindo para denominar uma teoria de Hawking, amplamente aceita nos dias de hoje.

O próprio Hoyle, junto ao astrônomo britânico de origem austríaca Thomas Gold (1920-2004) e o matemático austríaco Hermann Bondi (nascido em 1919) trataram de harmonizar a expansão do universo com a idéia de universo estacionário em uma teoria que publicaram em 1948.

Segundo essa concepção, as galáxias se separam e se dispersam no espaço intermediário formando novos átomos a partir dos quais aparecem novas galáxias, em um ciclo sem princípio nem fim. Segundo essa teoria, o universo deve ter uma mesma aparência em todas as suas regiões. Tratava-se, portanto, de um modelo que apresentava um universo em expansão e que elidia, ao mesmo tempo, o espinhoso problema do momento inicial. Essa teoria, de certa forma, dava conta dos fatos e por isso se converteu na cosmovisão mais aceita até a década de 1960. Porém, o desenvolvimento da radioastronomia mostrou as diversas debilidades da tese defendida por Hoyle e seus companheiros.


RADIOASTRONOMIA
As ondas de rádio se encontram em um dos espectros de radiação, correspondente às ondas de maior longitude. As antenas parabólicas captam esse tipo de radiação procedente do espaço exterior. Em 1932, um trabalhador dos laboratórios Bell descobriu sem querer esse tênue rastro nas antenas da Bell. Durante os anos 1950, foram efetuados numerosos estudos a respeito das ondas de rádio procedentes do universo e as observações que surgiram demonstraram que os focos emissores dessas ondas eram as galáxias. Desse modo se encontrava uma nova ferramenta para explorar o universo.

De onde surgiam esses focos de radiação? Naquele momento era impossível saber. Não obstante, o radioastrônomo britânico Martin Ryle (1918-1984) chegou a uma extraordinária conclusão a partir dos dados alcançados. Ryle os separou entre ondas de rádio fracas e fortes. Considerou — em uma generalização correta do ponto de vista estatístico — que as fontes mais fracas correspondiam a focos de radiação mais distantes, enquanto as fortes pertenciam a focos mais próximos. Ele confeccionou um mapa com todos os resultados obtidos e a conclusão foi: os focos de radiação não se distribuíam de maneira uniforme por todo o universo, como era esperado em um universo estacionário. Ao contrário, os focos de radiação se acumulavam nos extremos mais distantes do universo. De forma indireta, esse resultado serviu para que os cientistas deixassem de lado a teoria de Hoyle do universo estacionário e voltassem a levar em consideração a teoria do big bang.


RADIAÇÃO DE FUNDO
O big bang se confirmava pela força dos fatos. A descoberta mais importante e definitiva que serviu para convencer a maioria dos cientistas e céticos se produziu em 1964, quando foi captada a radiação de fundo. Novamente, isso só possível graças a mais um funcionário dos laboratórios Bell.

O universo atual está formado quase que exclusivamente por hidrogênio e hélio, em proporções de 80% e 20%, respectivamente. Cabia perguntar: por que quase todos os elementos são ligeiros e quase não há elementos mais pesados?

Se o modelo do big bang é correto, no momento em que se produziu a explosão inicial se formariam elementos pesados. Somente um intenso fundo de radiação de microondas seria capaz de romper a maioria de núcleos atômicos no momento de sua formação e explicaria, em conseqüência, a composição atual do universo. Em seu início, o cosmos encontraria uma temperatura muito elevada devido a essa mesma radiação. A temperatura diminuiria paulatinamente devido à constante expansão do universo até alcançar, no momento atual, dez graus acima do zero absoluto ou, o que é o mesmo — 263 °C. Apesar de ser uma radiação muito débil, utilizando a tecnologia adequada poderíamos chegar a captar esse vestígio do passado procedente de todas as direções do céu. O astrônomo George Gamow (1904-1968) foi um dos primeiros cientistas a chegar a essa conclusão na década de 1940, mas, por razões desconhecidas, ninguém se preocupou em comprovar experimentalmente se era um resultado correto. Em 1963, James Peebles (nascido em 1935) havia chegado a conclusões semelhantes, mas muito mais precisas e corretas. Nesse momento se produziu o descobrimento da radiação de fundo.

O norte-americano de origem alemã Arno Allan Penzias (nascido em 1933) e o norte-americano Robert Woodrow Wilson (nascido em 1936) trabalhavam para a empresa Bell Telephon e estavam comprovando uma das melhores e mais sensíveis antenas de rádio para comunicação com satélites. Penzias e Wilson trataram de medir as ondas de rádio procedentes da galáxia, mas um ruído de fundo os impedia de captar os sinais com nitidez. Pensaram que o aparato estava com problemas técnicos e por isso gerava ruídos aleatórios. Depois de revisar o aparato e comprovar que o mesmo estava em perfeito estado, se viram então obrigados a concluir que a radiação não procedia de pontos concretos do universo — como se havia pensado até o momento —, mas que brotava de todas as partes e correspondia a uma temperatura de três graus acima do zero absoluto. Com independência da direção na qual se enfocava a antena, sempre se recebia o mesmo sinal.

Penzias e Wilson não tinham a formação necessária para interpretar corretamente o significado de seu descobrimento. Casualmente, James Peebles havia dado nessa mesma época uma conferência na qual defendia a existência de uma débil radiação de fundo. Os dois funcionários da Bell entraram em contato com Peebles e, em seguida, publicaram artigos na revista norte-americana Astrophysical Journal Letters nos qual se proporcionava tanto a evidência empírica como a dedução teórica a partir da teoria do big bang. Os dados que eram anômalos e incompreensíveis para Penzias e Wilson mostraram, à luz da teoria, significados novos e reveladores. A radiação era uma forte prova em favor da teoria do big bang. A partir de então, a cosmologia teria como horizonte e marco conceitual a teoria do big bang.