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 a teoria da relatividade geral, ele começou a aplicar suas novas equações à cosmologia. A relatividade geral tinha mudado a nossa compreensão da gravidade, por isso fazia sentido perguntar o que as mesmas equações diriam sobre o universo na maior escala possível.
A gravidade era um 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. Einstein também não sabia nada sobre as forças nucleares forte e fraca (honestamente, ninguém sabia), mas estas interações só funcionam em distâncias muito curtas.
O inesperado universo dinâmico de Einstein
Para a cosmologia, a gravidade determina como a matéria se comporta a grandes distâncias. Se você imaginar uma coleção de matéria que representa “um universo”, as equações de Einstein podem lhe dizer como essa coleção deveria evoluir.
O que Einstein descobriu o surpreendeu. A relatividade geral naturalmente não descreve um universo que permanece inalterado para sempre. Em vez disso, as equações apontavam para um universo dinâmico que se expande ou se contrai. Esta conclusão contradizia a visão predominante na época, que sustentava que o universo era estacionário e permaneceu essencialmente constante ao longo da história cósmica.
Einstein respondeu adicionando uma “constante cósmica” às suas equações, denotada pela letra grega lambda. A relatividade geral já permitia tal termo. Simplificando, atua como um efeito gravitacional embutido no próprio espaço-tempo, um efeito que pode existir mesmo no espaço vazio. Dependendo do seu valor, esse efeito pode criar atração ou repulsão. Einstein escolheu um valor que neutralizaria a atração gravitacional da matéria e permitiria que o universo permanecesse estável.
Esta solução não durou muito.
O mundo 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 num sentido mais literal e desenvolveram fundamentos teóricos que ajudaram 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.
Avançamos para 1998. Duas equipas de astrónomos tentavam resolver uma disputa de longa data sobre a quantidade de matéria no Universo. Diferentes observações deram estimativas muito diferentes, algumas mostrando relativamente pouco material e outras mostrando muito mais.
Os astrónomos já sabiam que o Universo estava em expansão. No entanto, como a matéria produz gravidade, ela deve ter desacelerado gradualmente a expansão. Ao medir a gravidade da desaceleração da expansão, os investigadores esperavam determinar quanto material existia realmente ali.
Em vez disso, eles descobriram o oposto.
O universo estava acelerando
A expansão do universo não foi lenta. Estava acelerando.
As observações continuaram a mostrar que o Universo continha relativamente pouca matéria, mas mesmo isto não foi suficiente para explicar o que os astrónomos estavam a ver. Algo parecia impulsionar a expansão cósmica para que fosse mais rápida no tempo.
A explicação mais simples era familiar: a constante cosmológica de Einstein. Um efeito de fundo constante que cria repulsão cósmica poderia ser responsável pela aceleração observada. Décadas depois de Einstein ter abandonado a ideia, seu suposto erro voltou como principal explicação para novos dados.
A energia escura está mudando a cosmologia moderna
Durante as décadas de 1980 e 1990, os cosmólogos desenvolveram uma estrutura mais complexa que ficou conhecida como Modelo Padrão da cosmologia (os físicos tendem a chamar os Modelos Coerente, Colaborativo e de Consenso de “padrão”). Mas a descoberta da aceleração da expansão cósmica significou que esse modelo já não poderia permanecer na sua forma existente.
Sua substituição é a nossa melhor descrição atual de como o universo evoluiu desde o Big Bang: a cosmologia LCDM.
Lambda refere-se à constante cósmica, também conhecida como energia escura. CDM significa matéria escura fria, o tipo de matéria que se acredita constituir a maior parte da massa em quase todas as galáxias. A matéria escura fria é sua própria história. Aqui, o foco está no lambda.
Um modelo de super sucesso com um problema
O LCDM tem tido um sucesso incrível. É também surpreendentemente simples, baseando-se apenas num punhado de parâmetros ajustáveis e num pequeno número de suposições no âmbito da relatividade geral.
Apesar desta simplicidade, este modelo pode dar conta de uma ampla gama de observações. Descreve a história da expansão do universo, o surgimento da radiação de fundo, a característica BAO, o crescimento das galáxias, o desenvolvimento da estrutura cósmica em grande escala e muito mais.
O LCDM tornou-se uma das teorias mais completas e testadas em toda a ciência.
E é quase certo que está errado.
