Porque tudo tem um começo…certo?

Já faz tanto tempo que ouvimos em todos os lugares que o universo tem 13.7 bilhões de anos e que começou com o Big Bang que raramente nos perguntamos como é possível que saibamos que o universo teve um começo, como foi e quanto tempo se passou desde tal evento.

Para os filósofos gregos o universo era imutável, eterno. Era formado pelo Sol, Lua e outros planetas orbitando ao redor da Terra e além deles a esfera celeste contendo todas as estrelas. Essa configuração seria perfeita e por isso havia existido desde sempre.

Mas existem certos problemas com um universo eterno. Um deles é conhecido por Paradoxo de Olber e consiste do seguinte raciocínio. Considere um universo infinitamente antigo que permaneça sempre no mesmo estado e contenha infinitas estrelas. Agora olhe para uma direção qualquer do céu. Como existem infinitas estrelas essa direção de visada intercepta pelo menos uma. E se o universo é eterno então não importa quão longe a estrela esteja já se passou tempo suficiente para a luz dela chegar até nós. Assim em qualquer direção olhada deveríamos ver uma estrela, e o céu ao invés de ser escuro deveria ser claro como a superfície do sol.

A solução desse problema é simples. Ou existe um número finito de estrelas e o universo é finito (depois de uma certa distância não há nada), ou nem sempre existiram estrelas e assim só vemos aquelas que nasceram há tempo suficiente ou então o universo tem idade finita. De qualquer modo fica claro que se consideramos que o universo não tem limites espaciais então ele deve ter evoluído de um estado anterior diferente.

Outra forma de ver que o universo antigo não é idêntico ao de hoje é considerar os elementos radioativos. Elementos como o urânio emitem radiação ao longo dos anos e se transformam em outros elementos, como o césio, até chegar numa forma estável,  o chumbo por exemplo. Se o universo fosse infinitamente antigo então todos os elementos radioativos já teriam decaído e só veríamos os elementos estáveis. Mas você encontra urânio na Terra (e de fato sabemos que ele existe no universo inteiro). Então se o universo não é finito em idade, pelo menos um tempo finito se passou desde a formação dos elementos. Assim existiu uma época em que não havia no universo nem mesmo átomos!

A chave para tudo isso é a observação feita por Hubble de que as galáxias no universo estão se afastando, não somente de nós mas entre si! Essa é a expansão do universo. Mas se hoje as galáxias se afastam é porque antes estavam muito mais próximas certo? Quão mais próximas? Bem, elas estavam todas umas em cima das outras, tão perto que a temperatura e a pressão eram altas o suficiente para desfazer a matéria e sobrar apenas os prótons e nêutrons (e algumas outras coisas) que constituem os átomos.
Então perceba, vamos supor que o universo tenha começado a um tempo finito atrás. Que no começo ele era muito menor no sentido que toda a matéria estava junta numa sopa quente dos constituintes dos átomos. Depois disso se o universo começou a se expandir ele deve esfriar e conforme isso ocorre os prótons e nêutrons se juntam formando os átomos. Conforme isso prossegue a matéria continua a se agregar em conjuntos cada vez maiores por causa da gravidade, eventualmente formando as estrelas e galáxias que vemos hoje.

Nessa situação hipotética conseguimos resolver o paradoxo de Olber e explicar a questão dos elementos radioativos. E se nós conhecermos bem o universo hoje e um pouco de física nuclear podemos “rodar o universo para trás no tempo” e descobrir quanto tempo um universo desses precisaria para sair do estado quente só com prótons e nêutrons até o estado de hoje com as corretas proporçõs de elementos, e com a distribução de estrelas, galáxias, e outros objetos. Acontece que esse universo que se expande precisaria de uns 13 bilhões de anos para tudo isso acontecer e chegar até os dias de hoje.

Essa sopa de prótons e nêutrons que se expande esfriando e formando os elementos é o Big Bang e é desse modo que dá pra estimar a idade do universo. E antes do Big Bang? Ninguém sabe direito, mas uma lição da relatividade geral é que se hoje tudo se expande é porque teve um início, uma singularidade no universo, há um tempo finito atrás. E antes da singularidade? A questão é que a singularidade dá origem ao espaço e ao próprio tempo. Não existia nada antes disso porque não existia nem mesmo o tempo!

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