As 10 principais teorias sobre energia escura

A humanidade acumulou uma enorme quantidade de informações sobre o nosso universo e como ele funciona. Orgulhamo-nos de ser a espécie mais inteligente da Terra e, até agora, a espécie mais capaz de todo o universo.

No entanto, a informação que temos sobre a estrutura do nosso universo deriva dos meros 4% que podemos observar, medir e analisar – matéria normal e comum. Os 96% restantes são coisas “obscuras”. Está escuro porque não sabemos nada sobre isso (e porque os físicos tendem a não ter criatividade no departamento de nomenclatura).

Desses 96%, cerca de 68% são energia escura . Isso o torna o maior componente do universo e, no momento, o mais misterioso. Milhares de cientistas em todo o mundo estão trabalhando para decifrar esta energia misteriosa que parece orientar a forma como o nosso universo cria grandes estruturas.

Sem a energia escura, o nosso universo acabaria por acabar num “Big Crunch” – um destino dominado pela gravidade, onde o universo colapsa rapidamente sobre si mesmo. Portanto, embora não saibamos o que é a energia escura, deveríamos estar gratos por ela existir.

Aqui estão as 10 principais teorias sobre o que poderia ser a energia escura e o que cada cenário pode nos dizer sobre o destino do nosso universo.

10 É uma propriedade do espaço

Esta teoria deriva da teoria da gravitação de Einstein, especificamente do facto de que o “espaço vazio” pode ter a sua própria energia – apelidada de “ constante cosmológica ”. Einstein também acreditava que o espaço poderia surgir do nada e, à medida que mais espaço fosse criado, mais energia poderia, conseqüentemente, ser mantida dentro dele. ^[1]

Isso explicaria a rápida expansão do universo que observamos. Esse tipo de universo continuaria a se expandir para sempre, até que cada objeto no universo estivesse tão distante de todos os outros objetos que tudo terminaria em uma escuridão fria.

9 Teoria de tudo

Muitos astrônomos acreditam que a busca pela energia escura é fútil. Em vez disso, eles ensinam que encontrar a indescritível “teoria de tudo” (não o filme de Stephen Hawking ) resolveria naturalmente o problema da energia escura.

Esta teoria deveria ser capaz de explicar o comportamento de todos os objetos no universo – desde os muito grandes até os incrivelmente pequenos. Por enquanto, nossas teorias sobre como o universo funciona estão divididas em teorias de grande escala (como a teoria da gravidade) e teorias de pequena escala (como a mecânica quântica ).

Embora resolver o problema da energia escura desta forma seja logicamente correto, encontrar esta teoria revelou-se impossível até mesmo para as mentes mais brilhantes da física. As leis normais da física parecem “quebrar” quando se atinge o nível quântico. ^[2] Mas, infelizmente, a busca continua.

8 Cria uma nova força fundamental

As forças fundamentais que conhecemos (gravidade, eletromagnetismo, força fraca e força forte) atuam todas em faixas diferentes. Alguns afetam apenas objetos de tamanho atômico, enquanto outros causam os movimentos dos planetas e instigam a formação de galáxias.

Esta teoria da energia escura afirma que existe uma força fundamental que ainda não descobrimos, que atua em escalas enormes e só pode ser observada quando o universo atinge um determinado tamanho. Funcionaria para se opor à gravidade e, assim, afastar os objetos do universo uns dos outros. ^[3]

Os cientistas argumentam que, como esta força actua numa escala tão grande, ainda não a encontrámos na nossa vida quotidiana e as medições feitas na Terra não podem ser afectadas por ela. Ninguém sabe realmente se esta força seria temporária ou permanente. No entanto, dependendo disso, o universo se expandiria para sempre e esfriaria, ou se expandiria e se contrairia periodicamente pelo resto do tempo.

7 A teoria da gravidade de Einstein está errada

Tente dizer a um dos físicos mais inteligentes que já existiu que sua (sem dúvida) teoria mais famosa está errada. . . caramba. A teoria da relatividade de Einstein afirma que cada corpo no universo é atraído por todos os outros corpos, com a força dessa atração dependendo unicamente das massas dos objetos e da distância entre seus centros.

No entanto, alguns físicos argumentaram que esta teoria pode estar incorreta e têm desenvolvido novas teorias da gravidade para explicar a energia escura. Nessas teorias, eles revertem os efeitos da gravidade em grandes escalas, de modo que os objetos se repelem. ^[4]

Embora estas teorias não tenham muito apoio experimental (uma vez que o modelo da gravidade de Einstein funcionou muito bem para nós até agora), elas explicariam porque é que o Universo está a expandir-se. Com estes novos modelos de gravitação, o nosso universo atingiria novamente um estado de escuridão fria após um estado de rápida expansão.

6 Dilatação do tempo

Se você já assistiu ao filme Interestelar , provavelmente já ouviu falar em dilatação do tempo . É um fenômeno que ocorre quando objetos que se movem perto da velocidade da luz sofrem uma desaceleração do tempo.

Esta é a mesma ideia apresentada no paradoxo dos gêmeos , onde um gêmeo embarca em uma nave espacial que se move perto da velocidade da luz enquanto seu irmão permanece na Terra. Quando eles se reencontram após anos de separação, o gêmeo na Terra é significativamente mais velho que seu irmão astronauta.

Um artigo recente de Edward Kipreos, professor da Universidade da Geórgia, argumenta que apenas o próprio objeto em movimento sofre dilatação do tempo. ^[5] (Normalmente, a pessoa que observa o objeto em movimento rápido também experimenta os efeitos.)

Isso significaria que a passagem do tempo era mais rápida no passado. Isto elimina a necessidade de uma força ou substância repulsiva, uma vez que a aparente expansão do universo seria um mero erro de cálculo de distâncias que foram afetadas pela dilatação do tempo.

Se esta teoria for verdadeira, não só contradiria outra das famosas teorias de Einstein (a sua teoria da relatividade especial), mas também implicaria que o nosso Universo continuaria a expandir-se devido aos efeitos da Constante de Hubble.

5 Uma nova partícula exótica

A ideia de partículas e campos já existe há séculos. Sabemos que um electrão cria um campo eléctrico e, recentemente, o campo gravitacional tem sido associado ao “ gráviton ” – a “partícula de força” da gravidade. Os físicos e teóricos de partículas sentem-se confortáveis ​​com a ideia de que a energia de um campo específico deve ser transmitida pela sua partícula de força e não pelo próprio campo.

Este conceito pode ser traduzido para a energia escura, sendo a matéria escura (os outros 27 por cento do universo) a sua partícula de força. ^[6] Esta ideia parece plausível, especialmente porque algumas partículas de força são inobserváveis, como o gráviton. No entanto, há poucas evidências que apoiem esta teoria porque ainda não encontrámos uma forma de medir qualquer uma das propriedades associadas à energia escura ou à matéria escura.

4 Teorias f(R)

As teorias f(R) são modelos da curvatura atual do universo (com curvatura denotada como R). Em 2007, pesquisadores da Universidade de Chicago mostraram que, com um valor específico de R, é criado um modelo do universo no qual a energia escura não é necessária para explicar a expansão do universo.

Este tipo de universo se contorce de uma forma que minimiza sua curvatura geral enquanto produz uma força extra semelhante à da gravidade que pode atrair ou repelir objetos, dependendo de um conjunto de condições. ^[7]

Os teóricos da Universidade de Chicago concordam que, para que esta teoria seja válida, a força extra tem de desaparecer onde a gravidade é relativamente forte (por exemplo, na escala de planetas e galáxias ) e aparecer apenas nas escalas maiores. Uma equipe de astrônomos da Universidade de Pequim começou a fazer medições de aglomerados para ver se esta teoria f(R) poderia ser uma descrição correta do nosso universo.

3 Multiversos e o princípio antrópico

Um dos maiores fracassos da física moderna é a previsão do valor real da energia escura. A teoria quântica prevê um número muito pequeno, mas os físicos calcularam um número 10.120 ^vezes maior! (Este valor medido da energia escura é a constante cosmológica – a mesma do item 10 desta lista.)

É aqui que entra o princípio antrópico ^[8] – a ideia de que as constantes fundamentais da física e da química (como a velocidade da luz , a constante gravitacional, etc.) são “perfeitas” para sustentar a vida em nosso universo particular, mas podem têm valores diferentes em outros universos. Num conjunto infinito de universos paralelos, não parece improvável que o nosso universo seja aquele com o valor correto de energia escura para permitir a formação de vida.

2 Partículas Virtuais

A mecânica quântica é estranha. Ele permite que coisas surjam e desapareçam, destruindo todos os conceitos que aprendemos na física do ensino médio. (“A matéria não pode ser criada ou destruída”, murmuramos.)

Esta teoria utiliza a ideia de partículas virtuais – pequenos pedaços de matéria que aparecem apenas em pequenos casos e depois desaparecem. Esse constante aparecimento e desaparecimento de partículas libera energia porque a matéria é convertida em energia quando essas partículas desaparecem.

Os físicos acreditam que é assim que o próprio espaço pode atingir energia contínua suficiente para criar uma “pressão negativa” que causa a expansão do universo. Se esta teoria for verdadeira, os ganhos de energia espacial destas partículas virtuais poderiam ser a misteriosa energia escura e o nosso universo continuaria a expandir-se enquanto este processo ocorresse. ^[9]

1 Quintessência

O número de teorias nesta lista mostra o quão longe estamos de compreender dois terços do nosso universo. Até agora, cada teoria teve enormes implicações para o destino do universo ou para o pobre Einstein .

Decifrar a energia escura poderia abrir portas para um ramo inteiramente novo da física ou poderia mudar radicalmente os já existentes. É por isso que tantos físicos e astrónomos questionam hoje esta grande e misteriosa “coisa escura” que guia a evolução do nosso Universo.

Esta última teoria da energia escura é, de longe, a mais estranha. Um universo dominado pela “quintessência” é aquele cheio de um “fluido energético”. ^[10] Outros físicos gostam de chamar essa energia de “energia fantasma”.

A ideia por trás disso é que a quintessência varia com o tempo e a localização e que sua densidade de energia aumenta com o tempo. Este universo enfrentaria um destino violento que os físicos chamam de “Big Rip” (novamente, com a nomenclatura muito literal), em que o universo explodiria literalmente, pois os átomos não conseguem acompanhar a rapidez com que estão sendo separados e esticados.

Tudo dentro e fora da vista seria destruído. O universo iria explodir com um estrondo.