Universo oscilante

Graduado em Física (UFMG, 2011)

A concepção de um universo oscilante, ou cíclico, está na base de alguns dos vários modelos cosmológicos existentes, particularmente daqueles que apresentam a hipótese de que o universo segue ciclos autossustentáveis indefinidos – ou, mesmo, infinitos – de expansão e colapso. A rigor, trata-se de uma ideia anterior à própria Cosmologia, estando registrada, ainda que de modo difuso, em antigos discursos filosóficos e textos de natureza metafísica; afinal, a ideia de nascimento e renascimento está atrelada a diversas influências culturais. Foi apenas com a consolidação da termodinâmica e, sobretudo, com o advento da teoria da relatividade geral que se tornou possível discutir um modelo de universo oscilante dentro de um contexto científico apropriado.

No início da década de 1920, tal modelo cíclico para o universo já começava a ser considerado, por diversos físicos teóricos, como alternativa viável ao modelo do universo em expansão. Devido ao trabalho do matemático e cosmólogo Alexander Friedmann, a possibilidade de descrição de um universo oscilante foi matematicamente prevista ainda em 1922. Seu significado físico só veio a ser plenamente concebido 12 anos mais tarde, em 1934, quando o físico-matemático Richard Tolman propôs a hipótese do universo oscilante como modelo cosmológico.

Segundo a hipótese de Tolman, o universo passa por uma sequência de oscilações, cada qual começando com um “Big Bang” e terminando com um “Big Crunch”. Durante cada oscilação, o universo se expandiria por um certo período de tempo até que a atração gravitacional da matéria forçasse um colapso ao estado inicial – o chamado “Big Crunch” –, após o qual haveria um efeito de repique, conhecido como “Big Bounce”, e um novo ciclo se iniciaria. O próprio Tolman, porém, apontou um problema nesta descrição cíclica do universo à luz da segunda lei da termodinâmica – que afirma que a entropia nunca diminui no universo. Tolman percebeu que a consequência imediata da segunda lei da termodinâmica é que o período de cada oscilação deveria ser maior que o período da oscilação antecessora; extrapolando essa conclusão para um tempo anterior, chega-se à conclusão de que o universo deveria ter se originado em algum tempo finito no passado. A hipótese de Tolman, portanto, mostrava-se insuficiente para descrever o universo ao não explicar a origem do próprio tempo.

Mais tarde, já na década de 1960, os físicos Stephen Hawking e Roger Penrose e o matemático George Ellis demonstraram que, apesar da pertinência do problema identificado por Tolman, não havia maneira pela qual alguma memória dos ciclos prévios pudesse ser preservada no ciclo atual do universo, eliminando qualquer possível abordagem comparativa, inclusive relativa à entropia. Entretanto, essa mesma argumentação foi usada para concluir que haveria poucas razões para se falar em ciclos anteriores ou posteriores ao presente, posto que a própria informação da existência desses ciclos não poderia ser alcançada no ciclo atual do universo. Aliada a outras observações, tal conclusão foi suficiente para que a hipótese oscilante fosse abandonada à época.

Recentemente, no início deste século, a descoberta da energia escura impulsionou a busca por um modelo cosmológico cíclico consistente. Dentre esses esforços, destaca-se o modelo Steinhardt-Turok, proposto em 2001 pelos físicos Paul Steinhardt e Neil Turok, pelo qual o tempo não teria nem início nem fim e haveria uma sequência infinita de ciclos de expansão e contração, com a energia escura sendo responsável pela expansão acelerada do universo em cada ciclo.

Referências bibliográficas:

SCHNEIDER, P. Extragalactic Astronomy and Cosmology. 2. ed. Berlim: Springer, 2015. p. 177-191.

STEINHARDT, P. J.; TUROK, N. A Cyclic Model of the Universe. Disponível em: <http://physics.princeton.edu/~steinh/sciencecyc.pdf>. Acesso em 29 de jul. 2017.

VILLANUEVA, J. C. Oscillating Universe Theory. Disponível em: <https://www.universetoday.com/38195/oscillating-universe-theory/>. Acesso em 29 de jul. 2017.

WIKIPEDIA. Universo Oscilante. Disponível em: < https://pt.wikipedia.org/wiki/Universo_oscilante>. Acesso em 29 de jul. 2017.

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