O que é o big bang?

O que é o big bang? É o modelo científico mais aceito para explicar como o universo era no passado: muito quente, denso e em expansão.

Segundo a NASA, a parte do universo que vemos hoje era, entre 12 e 14 bilhões de anos atrás, do tamanho de poucos milímetros. Desde então, o universo se expandiu e esfriou.

O nome sugere uma explosão, mas a teoria não descreve isso. Ela trata da evolução do universo a partir de um estado inicial, e não de um estouro em um ponto do espaço.

Explicado de forma simples

Pense em um bolo crescendo no forno. Cada pedaço da massa se afasta dos outros conforme o bolo cresce, e a massa era mais compacta no início. A ideia do big bang é parecida: o universo se expande e, quando voltamos no tempo, tudo estava mais próximo e mais quente.

A comparação não é perfeita, mas ajuda a entender por que a expansão leva a um passado de matéria muito concentrada.

Não é uma explosão

Segundo a NASA, o big bang não ocorreu em um único ponto do espaço como uma explosão. Ele é melhor compreendido como o surgimento simultâneo do espaço em toda parte do universo.

Segundo a mesma fonte, não existe um “centro da expansão”, um ponto de onde o universo se afasta. A NASA usa a analogia de um balão: quando o balão incha, cada ponto da superfície se afasta de todos os outros, e nenhum deles é o centro.

Não explica tudo sobre o começo

Segundo as notas de aula de David Tong, da Universidade de Cambridge, a teoria do big bang não diz que o universo começou com um estrondo.

Ela também não tem nada a dizer sobre o nascimento do universo. O que ela descreve é o que o universo era quando era muito mais jovem.

Segundo o mesmo material, a pergunta “como o universo começou?” ainda não tem resposta definitiva. A teoria explica o que aconteceu depois de um momento muito inicial, mas esse momento ainda está fora do alcance do conhecimento científico.

A ideia de expansão

Tudo começa com uma observação simples: o universo está se expandindo.

Segundo Tong, se os objetos se afastam hoje, no passado eles estavam mais próximos.

Quando essa ideia é levada ao extremo, a conclusão é que houve um tempo em que o universo era tão quente que a matéria, os átomos e até os núcleos atômicos estavam derretidos, preenchendo o espaço com uma bola de fogo.

Segundo a NASA, a primeira pista dessa história foi a observação de Edwin Hubble, em 1929, de que as galáxias estão, em geral, se afastando de nós.

As três principais evidências

Segundo a NASA, o modelo do big bang é apoiado por três observações principais.

A primeira é a expansão do universo, já mencionada. A segunda é a abundância dos elementos leves: hidrogênio, hélio e lítio.

Segundo a NASA, a teoria prevê que esses elementos foram formados a partir de prótons e nêutrons nos primeiros minutos após o big bang. Segundo Tong, os cálculos sobre a formação desses elementos estão em ótima concordância com as observações.

A terceira é a radiação cósmica de fundo, um brilho que preenche o céu inteiro. Segundo a NASA, essa radiação é o calor que restou do big bang. Ela aparece, para os instrumentos de micro-ondas, como um brilho uniforme em todo o céu.

Calor que restou

Segundo a NASA, o universo primitivo deve ter sido muito quente. A radiação cósmica de fundo é o calor remanescente desse período, e hoje ela está muito fria em comparação com o que foi no início.

Segundo Tong, essa radiação é o resultado mais visível de uma fase em que o universo era uma bola de fogo. Ele afirma que, por isso, a teoria é uma descrição de algo que de fato aconteceu, e não apenas uma especulação.

A idade do universo

Segundo a NASA, os cálculos mais recentes indicam que o universo tem cerca de 13,7 bilhões de anos.

A fase inicial, em que a parte visível do universo tinha poucos milímetros, está muito distante do cosmos atual, que é vasto e muito mais frio.

A expansão está acelerando

Segundo a NASA, a gravidade da matéria do universo deveria desacelerar a expansão. Observações de supernovas, porém, indicam que a expansão está acelerando. Para explicar esse resultado, os cientistas propõem a existência de uma forma de energia com efeito repulsivo, chamada de energia escura.

Segundo a NASA, a energia escura tem uma característica incomum: uma grande pressão negativa. Essa é a única forma de matéria ou energia conhecida que pode fazer a expansão acelerar.

A matéria escura

Segundo a NASA, a matéria escura é diferente da energia escura. Ela é uma forma de matéria que interage fracamente com a matéria comum e nunca foi observada diretamente em laboratório. Sua existência é inferida pela movimentação de gás e estrelas em galáxias distantes.

Segundo a mesma fonte, a massa atribuída às galáxias, incluindo a nossa, é cerca de dez vezes maior do que a que pode ser explicada pelas estrelas, pelo gás e pela poeira.

Por que os cientistas falam em “teoria”

Segundo Tong, a palavra “teoria” pode sugerir dúvida, mas, no sentido científico, a teoria do big bang é uma “teoria” da mesma forma que a teoria da evolução.

Ela é um conjunto de ideias, cálculos e previsões que explica o que aconteceu e como o universo evoluiu até o estado atual.

Segundo Tong, as previsões da teoria sobre a formação dos elementos leves concordam com as observações de forma muito precisa, e a teoria também sugere que, em tempos ainda mais antigos, houve uma expansão muito rápida chamada inflação.

Mitos sobre o big bang

“O big bang foi uma explosão no espaço vazio.” Mito. Segundo a NASA, o big bang não foi uma explosão em um ponto do espaço, e sim o surgimento simultâneo do espaço em toda parte.

“O big bang explica como o universo começou.” Mito. Segundo as notas de Cambridge, a teoria não diz nada sobre o nascimento do universo. Ela descreve o que aconteceu depois de um estado inicial muito quente e denso.

“Teoria científica significa que ainda é uma hipótese.” Mito. Segundo Tong, a palavra “teoria” no caso do big bang tem o mesmo sentido que na teoria da evolução, ou seja, um modelo bem apoiado por observações.

Perguntas frequentes

Para onde o universo está se expandindo?

Segundo a NASA, essa pergunta vai além do modelo do big bang. Por definição, o universo abrange todo o espaço e o tempo que conhecemos, por isso não há um “lado de fora” para onde ele se expandiria.

A radiação cósmica de fundo ainda pode ser observada?

Sim. Segundo a NASA, ela ainda preenche todo o universo e pode ser detectada por instrumentos de micro-ondas como um brilho uniforme no céu.

Resumindo

• O big bang é o modelo científico que descreve o universo primitivo como quente, denso e em expansão.

• Segundo a NASA, não houve uma explosão em um ponto do espaço, e não existe um centro da expansão.

• As três principais evidências são a expansão, a abundância de elementos leves e a radiação cósmica de fundo.

• A expansão está acelerando, e os cientistas atribuem o efeito à energia escura, ainda pouco compreendida.

• Segundo Cambridge, a teoria não explica o nascimento do universo, mas descreve sua evolução a partir de um estado inicial.

Veja também como se formam as estrelas e o que é uma galáxia, temas que fazem parte da história do universo.

Fontes

• NASA Goddard, John Mather FAQ: Cosmology: https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/mather/faq/cosmology.html

• University of Cambridge, DAMTP, David Tong, Cosmology, capítulo 0, Introduction: https://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/cosmo/cosmohtml/S0.html