Cientistas da Universidade de Waterloo propuseram uma nova forma de explicar como o Universo começou, proporcionando uma nova perspectiva sobre o Big Bang e os seus primeiros momentos. As suas descobertas sugerem que a rápida expansão inicial do Universo pode surgir naturalmente de uma teoria mais profunda e completa conhecida como gravidade quântica.
A pesquisa foi liderada pelo professor de física e astronomia da Universidade de Waterloo e do Perimeter Institute (PI), Dr. Sua equipe explorou uma nova maneira de combinar a gravidade com a física quântica, que descreve como as menores partículas se comportam. Embora a teoria da relatividade geral de Einstein tenha funcionado extremamente bem durante mais de um século, ela falha nas condições extremas presentes no nascimento do universo. Para superar isso, os pesquisadores usaram a gravidade quântica quadrática, uma estrutura que permanece matematicamente estável mesmo em energias muito altas, como aquelas durante o Big Bang.
Um modelo cósmico mais simples e unificado
A maioria das explicações atuais do Big Bang baseiam-se na relatividade geral com elementos adicionais introduzidos para fazer os modelos funcionarem. Em contraste, esta nova abordagem proporciona uma imagem mais unificada, ligando diretamente os primeiros momentos do universo aos modelos bem testados que os cientistas usam hoje para estudar o cosmos.
A equipe descobriu que a rápida expansão inicial do universo poderia ser derivada naturalmente desta teoria consistente da gravidade quântica, sem a necessidade de suposições adicionais. Esta expansão, conhecida como inflação, é um conceito-chave na cosmologia porque ajuda a explicar a estrutura em grande escala do universo.
Previsões testáveis e ondas gravitacionais
O modelo também prevê um nível mínimo de ondas gravitacionais primordiais, que são pequenas ondas no espaço-tempo criadas logo após o Big Bang. Experimentos futuros poderão ser capazes de detectar esses sinais, dando aos cientistas uma rara oportunidade de testar ideias sobre o início quântico do universo.
“Este trabalho mostra que o crescimento explosivo inicial do universo pode vir diretamente da profunda teoria da gravidade”, disse Afshordi. “Em vez de adicionar novas peças à teoria de Einstein, descobrimos que a rápida expansão surge naturalmente quando a gravidade é tratada de uma forma consistente em energias muito elevadas.”
Evidência observacional da teoria
Os pesquisadores ficaram surpresos com o quão testáveis eram suas ideias.
“Embora este modelo funcione com uma potência incrivelmente alta, ele leva a previsões claras que os experimentos de hoje podem realmente ver”, disse Afshordi. “A ligação direta entre a gravidade quântica e os dados reais é rara e emocionante.”
Uma nova era de cosmologia precisa
Este trabalho surge num momento em que a cosmologia está se tornando cada vez mais precisa. Novos instrumentos são agora capazes de medir o universo com uma precisão sem precedentes. Os próximos levantamentos de galáxias, estudos cósmicos de fundo em micro-ondas e detectores de ondas gravitacionais alcançaram a sensibilidade necessária para testar conceitos antes totalmente teóricos. Ao mesmo tempo, os cientistas estão a reconhecer os limites dos modelos simples da expansão do Universo primitivo, destacando a necessidade de abordagens baseadas na física fundamental.
olhando para frente
O estudo também envolveu Rulin Liu, estudante de doutorado em Waterloo e PI, e Dr. Jerome Quintin, professor da L’Ecole de Technologie Supérieure e ex-pesquisador de pós-doutorado em Waterloo e PI. A equipa planeia refinar as suas previsões para experiências futuras e investigar como esta estrutura se liga à física de partículas e a outras questões não respondidas sobre o Universo primitivo. Seu objetivo de longo prazo é estabelecer uma forte conexão entre a gravidade quântica e a cosmologia observável.
O artigo, “O fim ultravioleta do Big Bang na gravidade quadrática” Carta de revisão física.
