Quando se trata de nossas origens cósmicas, várias teorias foram avançadas ao longo da história. Literalmente, toda cultura que já existiu teve sua própria tradição mitológica, que naturalmente incluía uma história da criação. Com o nascimento da tradição científica, os cientistas começaram a entender o Universo em termos de leis físicas que podiam ser testadas e comprovadas.
Com o início da Era Espacial, os cientistas começaram a testar teorias cosmológicas em termos de fenômenos observáveis. De tudo isso, várias teorias surgiram na segunda metade do século XX, que tentaram explicar como toda a matéria e as leis físicas que a governavam surgiram. Destes, a teoria do Big Bang continua sendo a mais amplamente aceita, enquanto a hipótese do estado estacionário tem sido historicamente seu maior desafiante.
O modelo do estado estacionário afirma que a densidade da matéria no universo em expansão permanece inalterada ao longo do tempo devido à criação contínua da matéria. Em outras palavras, o Universo observável permanece essencialmente o mesmo, independentemente do tempo ou do local. Isso coloca em nítido contraste com a teoria de que a maioria da matéria foi criada em um único evento (o Big Bang) e vem se expandindo desde então.
Origens
Embora a noção de um Universo estável e imutável tenha sido adotada ao longo da história, não foi até o início do período moderno que os cientistas começaram a interpretar isso em termos astrofísicos. O primeiro exemplo claro disso sendo discutido no contexto da astronomia e cosmologia foi em Isaac Newton. Princípios Matemáticos da Filosofia Natural (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) publicado em 1687.
Na magnum opus de Newton, ele conceituou o Universo além do Sistema Solar como um espaço vazio que se estendia uniformemente em todas as direções a distâncias imensuráveis. Ele explicou ainda através de provas e observações matemáticas que todo movimento e dinâmica neste sistema foram explicados através do princípio único da gravitação universal.
No entanto, o que viria a ser conhecido como Hipótese do Estado Estável não emergiu até o início do século XX. Este modelo cosmológico foi inspirado por várias descobertas, bem como por avanços no campo da física teórica. Isso incluiu as observações da teoria da relatividade geral de Albert Einstein e as observações de Edwin Hubble de que o universo está em um estado de expansão.
Einstein formalizou essa teoria em 1915, depois de decidir estender sua teoria da Relatividade Especial para incorporar a gravidade. Por fim, essa teoria afirma que a força gravitacional da matéria e da energia altera diretamente a curvatura do espaço-tempo ao seu redor. Ou como resumiu o famoso físico teórico John Wheeler, “o espaço-tempo diz à matéria como se mover; a matéria diz ao espaço-tempo como se curvar. "
Em 1917, os cálculos teóricos baseados nas equações de campo de Einstein mostraram que o Universo tinha que estar em um estado de expansão ou contração. Em 1929, observações feitas por George Lemaitre (que propôs a Teoria do Big Bang) e Edwin Hubble (usando o telescópio Hooker de 100 polegadas no Observatório Mount Wilson) demonstraram que esse era o caso.
Com base nessas revelações, iniciou-se um debate na década de 1930 sobre as possíveis origens e a verdadeira natureza do Universo. Por um lado, havia quem afirmasse que o Universo era finito em idade e evoluiu ao longo do tempo através do resfriamento, expansão e formação de estruturas devido ao colapso gravitacional. Essa teoria foi satiricamente chamada de "Big Bang" por Fred Hoyle, e o nome ficou.
Enquanto isso, a maioria dos astrônomos da época sustentava a teoria de que, enquanto o Universo observável está em expansão, ele não muda em termos de densidade da matéria. Em suma, os defensores dessa teoria argumentavam que o Universo não tem começo nem fim, e que a matéria está sendo criada continuamente ao longo do tempo - a uma taxa de um átomo de hidrogênio por metro cúbico a cada 100 bilhões de anos.
Essa teoria também estendeu o Princípio Cosmológico de Einstein, também conhecido como. Constante cosmológica (CC), proposta por Einstein em 1931. Segundo Einstein, essa força era responsável por "reter a gravidade" e garantir que o Universo permanecesse estável, homogêneo e isotrópico em termos de sua estrutura em larga escala.
Modificando esse princípio e estendendo-o, os membros da escola de pensamento do Estado Estável argumentaram que era a criação contínua da matéria que assegurava que a estrutura do Universo permanecesse a mesma ao longo do tempo. Isso também é conhecido como o princípio cosmológico perfeito, que revela a hipótese do estado estacionário.
A teoria do estado estacionário tornou-se amplamente conhecida em 1948 com a publicação de dois artigos: "Um novo modelo para um universo em expansão", do astrônomo inglês Fred Hoyle, e "A teoria do estado estacionário e o universo em expansão", do astrofísico britânico-austríaco e equipe de cosmólogos de Hermann Bondi e Thomas Gold.
Argumentos e previsões principais
Os argumentos a favor da hipótese do estado estacionário incluem o aparente problema de escala de tempo gerado pela taxa observada de expansão cósmica (também conhecida como a lei de Hubble Constant ou a lei de Hubble-Lemaitre). Com base nas observações de Hubble de galáxias próximas, ele calculou que o Universo estava se expandindo a uma velocidade que aumentava sistematicamente com a distância.
Isso deu origem à ideia de que o Universo começou a se expandir a partir de um volume muito menor de espaço. Na ausência de aceleração / desaceleração - 500 km / s por Megaparsec (310 mps por Mpc) - a Constante Hubble significava que toda a matéria está se expandindo há cerca de 2 bilhões de anos - o que também seria a idade superior do Universo.
Essa descoberta foi contradita pela datação radioativa, na qual os cientistas mediram a taxa de deterioração dos depósitos de urânio-238 e plutônio-205 em amostras de rochas. Usando esse método, as amostras mais antigas de rocha (de origem lunar) foram estimadas em 4,6 bilhões de anos. Outra incongruência surgiu como resultado da teoria da evolução estelar.
Em resumo, a taxa na qual o hidrogênio é fundido no interior das estrelas (para criar hélio) produz uma estimativa de idade superior a 10 bilhões de anos para os aglomerados globulares - as estrelas mais antigas da galáxia. Além disso, nenhuma evolução a grandes distâncias poderia ter ocorrido neste modelo - o que significaria que fontes de rádio - também conhecidas como. quasares ou Núcleos Galácticos Ativos (AGNs) - seriam uniformes em todo o Universo.
Isso também significaria que a constante de Hubble (calculada no início do século 20) permaneceria constante. O modelo Steady-State também previu que a criação constante de antimatéria e nêutrons resultaria em aniquilações regulares e decaimento de nêutrons, levando assim à existência de um fundo de raios gama e gás emissor de raios-X quente em todo o Universo.
Big Bang para a vitória
No entanto, as observações em andamento durante as décadas de 1950 e 1960 levaram a um acúmulo de evidências contra a hipótese do estado estacionário. Isso incluiu a descoberta de fontes de rádio brilhantes (também conhecidas como quasares e galáxias de rádio) que foram descobertas em galáxias distantes, mas não nas mais próximas de nós - indicando que muitas galáxias ficaram "silenciosas por rádio" ao longo do tempo.
Em 1961, pesquisas com fontes de rádio permitiram a realização de análises estatísticas, o que descartou a possibilidade de que galáxias de rádio brilhantes fossem distribuídas uniformemente. Outro argumento importante contra a hipótese do estado estacionário foi a descoberta do fundo cósmico de micro-ondas (CMB) em 1964, que o modelo do Big Bang previu.
Combinado com a ausência de um fundo de raios gama e nuvens difusas de gás emissor de raios-x, o modelo do Big Bang tornou-se amplamente aceito na década de 1960. Nos anos 90, observações com o telescópio espacial Hubble e outros observatórios também descobriram que a expansão cósmica não tem sido consistente ao longo do tempo. Nos últimos três bilhões de anos, de fato, vem se acelerando.
Isso levou a vários aprimoramentos da constante Hubble. Com base nos dados coletados pela sonda de anisotropia de microondas de Wilkinson (WMAP), a taxa de expansão cósmica é atualmente estimada entre 70 e 73,8 km / s por Mpc (43,5 a 46 mps por Mpc) com uma margem de erro de 3%. Esses valores são muito mais consistentes com as observações que situam a idade do Universo em cerca de 13,8 bilhões de anos.
Variantes modernas
A partir de 1993, Fred Hoyle e os astrofísicos Geoffrey Burbidge e Jayant V. Narlikar começaram a publicar uma série de estudos em que propunham uma nova versão da hipótese do estado estacionário. Conhecida como a hipótese do estado quase-estável (QSS), essa variação tentou explicar fenômenos cosmológicos que a teoria antiga não explicava.
Este modelo sugere que o Universo é o resultado de bolsões de criação (também conhecidos como mini-bangs) acontecendo ao longo de muitos bilhões de anos. Este modelo foi modificado em resposta a dados que mostram como a taxa de expansão do Universo está se acelerando. Apesar dessas modificações, a comunidade astronômica ainda considera o Big Bang o melhor modelo para explicar todos os fenômenos observáveis.
Hoje, esse modelo é conhecido como modelo Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), que incorpora as teorias atuais sobre Dark Matter e Dark Energy com a teoria do Big Bang. Apesar disso, a hipótese do estado estacionário (e suas variantes) ainda é defendida por alguns astrofísicos e cosmólogos. E não é a única alternativa à Cosmologia do Big Bang ...
Escrevemos muitos artigos sobre cosmologia aqui na Space Magazine. Aqui está o que é o universo, teoria do Big Bang: evolução do nosso universo, qual é a teoria do universo oscilante ?, qual é o Big Rip ?, o que é a teoria do multiverso ?, o que é a teoria das supercordas ?, o que é o fundo cósmico de microondas? , The Big Crunch: The End of Our Universe ?, Qual é o Big Freeze? E Cosmology 101: The End.
Astronomia Lance também alguns episódios interessantes sobre o assunto. Aqui está o Episódio 5: O Big Bang e o Fundo Cósmico de Microondas, Episódio 6: Mais Evidências para o Big Bang, Episódio 79: Quão Grande é o Universo ?, Episódio 187: História da Astronomia, Parte 5: século XX e Episódio 499: O que é a proposta de lei de Hubble-Lemaitre?
Fontes:
- Wikipedia - Princípio Cosmológico
- Wikipedia - Hipótese do estado estacionário
- Idéias de cosmologia - Big Bang ou estado estacionário?
- Enciclopédia Britânica - Teoria do Estado Estável
- Astronomia e Astrofísica da UBC - Questões Fundamentais em Cosmologia
- "Um novo modelo para o universo em expansão", Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, n. 372 (1948)
- "Estado quase estacionário e modelos cosmológicos relacionados: uma revisão histórica", Kragh. H. (2012)
- "A teoria do estado estacionário do universo em expansão", MNRAS, vol. 108, p. 252 (1948)
- "Teoria do estado estacionário de Einstein: um modelo abandonado do cosmos", The European Physical Journal H, vol. 39, pág. 353-367 (2014)
- "Um modelo cosmológico de estado quase estacionário com criação de matéria", Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Astrophysical Journal v. 410, p. 437 (1993)
