Há pouco mais de um século, Albert Einstein voltou sua atenção da gravidade para o destino de todo o universo. Em 1917, logo após desenvolver sua teoria geral da relatividade, ele começou a aplicar suas novas equações à cosmologia. A relatividade geral transformou a nossa compreensão da gravidade, por isso era apropriado perguntar o que as mesmas equações dizem sobre o universo nas maiores escalas possíveis.
A gravidade era o lugar natural para começar. Em média, o universo é eletricamente neutro, o que significa que o eletromagnetismo não domina o seu comportamento em grande escala. Mesmo Einstein nada sabia sobre as forças nucleares fortes e fracas (para ser honesto, ninguém sabia), mas estas interacções operavam apenas em distâncias muito curtas.
O inesperado universo dinâmico de Einstein
Para a cosmologia, a gravidade determina como a matéria se comportará em vastas distâncias. Se você imaginar uma coleção de matéria representando “o universo”, as equações de Einstein podem lhe dizer como essa coleção deveria evoluir.
Einstein ficou surpreso com o que encontrou. A relatividade geral naturalmente não descreve um universo que permanece inalterado para sempre. Em vez disso, as equações apontam para um universo dinâmico que irá expandir-se ou contrair-se. Esta conclusão contradizia a visão predominante na época, que sustentava que o universo era estável e essencialmente o mesmo ao longo da história cósmica.
Einstein respondeu adicionando uma “constante cosmológica” às suas equações, representada pela letra grega lambda. A relatividade geral já permite tal termo. Em termos simples, atua como um efeito gravitacional criado no espaço-tempo, que de outra forma poderia existir no espaço vazio. Dependendo do seu valor, esse efeito pode produzir atração ou repulsão. Einstein escolheu um valor que neutralizasse a atração gravitacional da matéria, mantendo assim o universo estável.
Essa solução não durou muito.
Um universo em expansão muda tudo
Dentro de alguns anos, Edwin Hubble percebeu que o universo estava se expandindo. Enquanto isso, teóricos como o cosmólogo russo Alexander Friedman interpretaram as equações de Einstein de forma mais literal e desenvolveram a base teórica que ajudaria a apoiar a teoria do Big Bang.
Einstein acabou abandonando a constante cosmológica. Mais tarde, ele disse a amigos que apresentá-lo foi seu “maior erro”.
Então aconteceu outra grande surpresa.
Avançando para 1998. Duas equipes de astrônomos estavam tentando resolver um desacordo de longa data sobre a quantidade de matéria existente no universo. Diferentes observações levaram a estimativas muito diferentes, algumas das quais sugeriam que havia relativamente pouca matéria e outras indicavam muito mais.
Os astrónomos já sabiam que o Universo estava em expansão. Porém, como a matéria gera gravidade, essa matéria deveria ter desacelerado gradualmente a expansão. Ao medir a rapidez com que a expansão estava a diminuir, os investigadores esperavam determinar quanta matéria existia realmente ali.
Em vez disso, ele descobriu o oposto.
o universo estava se expandindo rapidamente
A expansão do universo não estava desacelerando. Estava ganhando impulso.
As observações ainda indicam que há relativamente pouca matéria no Universo, mas mesmo essa matéria não foi suficiente para explicar o que os astrónomos estavam a ver. Parecia que algo estava fazendo com que a expansão cósmica acelerasse ao longo do tempo.
A explicação mais simples era a conhecida: a constante cosmológica de Einstein. Um efeito de fundo persistente que produz repulsão cósmica pode ser a causa da aceleração observada. Décadas depois de Einstein ter abandonado a ideia, o seu alegado erro voltou a ser a principal explicação para novos dados.
A energia escura remodela a cosmologia moderna
Durante as décadas de 1980 e 1990, os cosmólogos desenvolveram uma estrutura cada vez mais sofisticada conhecida como Modelo Padrão da cosmologia (os físicos tendem a chamar o modelo unificado, colaborativo e de consenso de “padrão”). Mas a descoberta de que a expansão cósmica estava a acelerar significou que o modelo já não podia manter-se na sua forma actual.
Sua substituição tornou-se nossa melhor descrição atual de como o universo evoluiu desde o Big Bang: cosmologia LCDM.
Lambda refere-se à constante cosmológica, também conhecida como energia escura. CDM significa matéria escura fria, o tipo de matéria que se acredita ser responsável pela maior parte da massa em quase todas as galáxias. A matéria escura fria tem uma história própria. O foco aqui está no lambda.
Um modelo notavelmente bem-sucedido com um problema
O LCDM tem sido excepcionalmente bem-sucedido. É também surpreendentemente simples, baseando-se apenas em alguns parâmetros ajustáveis e num pequeno número de suposições no âmbito da relatividade geral.
Apesar dessa simplicidade, o modelo pode dar conta de uma enorme gama de observações. Descreve a história da expansão do universo, a presença de radiação de fundo, a característica BAO, o crescimento das galáxias, a evolução da estrutura cósmica em grande escala e muito mais.
O LCDM tornou-se uma das teorias mais intensamente estudadas e amplamente testadas em toda a ciência.
E isso quase certamente está errado.
