Cientistas da Universidade de Waterloo propuseram uma nova forma de explicar como o Universo começou, oferecendo uma nova visão do Big Bang e dos seus primeiros momentos. Suas descobertas sugerem que a rápida expansão inicial do universo poderia ter surgido naturalmente de uma teoria mais profunda e completa conhecida como gravidade quântica.
O estudo foi liderado pelo Dr. Niaesh Afshordi, professor de física e astronomia da Universidade de Waterloo e do Perimeter Institute (PI). 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 muito 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 extremamente altas como as do Big Bang.
Um modelo espacial mais simples e unificado
A maioria das explicações modernas do Big Bang baseia-se na relatividade geral, com elementos adicionais incluídos para fazer os modelos funcionarem. Em vez disso, esta nova abordagem fornece uma imagem mais unificada, ligando os primeiros momentos do universo diretamente aos modelos bem testados que os cientistas usam hoje para estudar o cosmos.
A equipe descobriu que a rápida expansão inicial do universo poderia surgir naturalmente a partir 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 verificadas e ondas gravitacionais
O modelo também prevê um nível mínimo de ondas gravitacionais primordiais, que são pequenas ondulações no espaço-tempo criadas logo após o Big Bang. Experimentos futuros poderão detectar esses sinais, dando aos cientistas uma rara oportunidade de testar ideias sobre as origens quânticas do universo.
“Este trabalho mostra que o crescimento explosivo inicial do universo pode vir diretamente de uma teoria mais profunda da própria 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 que permanece consistente em energias extremamente altas.”
Da teoria à evidência observada
Os pesquisadores ficaram surpresos com o quão testáveis eram suas ideias.
“Mesmo que este modelo lide com energias incrivelmente altas, ele leva a previsões precisas que podem realmente ser encontradas em experimentos modernos”, disse Afshordi. “Uma ligação direta entre a gravidade quântica e os dados do mundo real 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 estão alcançando a sensibilidade necessária para explorar ideias que antes eram puramente teóricas. Ao mesmo tempo, os cientistas reconhecem as limitações dos modelos mais simples da expansão inicial do Universo, sublinhando a necessidade de abordagens baseadas na física fundamental.
Olhe para frente
Ruolin Liu, estudante de doutorado em Waterloo e PI, e Dr. Jerome Quintin, professor da École de technologie supérieure e ex-aluno de doutorado em Waterloo e PI, também participaram do estudo. A equipa planeia refinar as suas previsões para experiências futuras e explorar como esta estrutura se relaciona com a física de partículas e outras questões não respondidas sobre o universo primitivo. O seu objetivo a longo prazo é construir uma ligação mais forte entre a gravidade quântica e a cosmologia observável.
O artigo “O fim ultravioleta do Big Bang na gravidade quadrática” aparece em Revisão de planilhas físicas.
