O universo é constituído por estrelas, planetas, luas e outros corpos espalhados pelo espaço. A terra é apenas uma minúscula parte do sistema solar, pertencente a um enorme grupo de estrelas chamado Via Láctea. Para além da nossa galáxia há possivelmente 10.000 milhões de galáxias. Algumas estão tão afastadas que a luz proveniente delas leva milhares de milhões de anos a chegar até nós.
Cientistas pensam que toda a matéria do universo estava unida numa bola de fogo que explodiu, atirando essa matéria em todas as direções. À medida que a matéria se espalhou foi arrefecendo e nuvens de gás e poeiras uniram-se para formarem as estrelas, os planetas, as luas, etc. Esta ideia é chamada teoria do «Big-Bang», ou da «Grande Explosão».
Cientistas pensam que toda a matéria do universo estava unida numa bola de fogo que explodiu, atirando essa matéria em todas as direções. À medida que a matéria se espalhou foi arrefecendo e nuvens de gás e poeiras uniram-se para formarem as estrelas, os planetas, as luas, etc. Esta ideia é chamada teoria do «Big-Bang», ou da «Grande Explosão».
A definição de Universo é resultado de um histórico. Atualmente os dados científicos dão-nos uma definição que se traduz em tudo aquilo que existe. Engloba milhares de milhões de galáxias com diferentes formas.
Este nosso Universo é gigantesco, contudo é finito. Por estranho que pareça é fundamentalmente espaço vazio. A matéria está aglomerada em galáxias.
Este nosso Universo é gigantesco, contudo é finito. Por estranho que pareça é fundamentalmente espaço vazio. A matéria está aglomerada em galáxias.
O Formato do Universo
Como quase tudo na astronomia, não há resposta conclusiva. Mas os cientistas trabalham com três possibilidades de geometria: plana (como uma mesa), fechada (como a superfície de uma bola) e aberta (como uma sela de cavalo). Todos os estudos científicos para identificar seu formato baseiam-se em estimativas e análises dos sinais que o Universo nos envia. As principais pistas chegam até nós por meio da radiação cósmica de fundo, ou seja, raios que passeiam pelo Universo desde o Big-Bang, trazendo-nos uma espécie de retrato do Cosmos da época em que ele nasceu. Algumas outras pistas sobre o formato vêm do estudo de supernovas distantes.
Para cada um dos formatos citados acima existem alguns comportamentos previstos. Se o Universo fosse plano (a hipótese mais difundida), por exemplo, a sua expansão diminuiria com o tempo, mas sem parar. O problema é que hoje os cientistas já sabem que o Universo está em expansão acelerada. Outra questão bastante polémica que diz muito sobre o formato do Cosmos é se ele é finito ou infinito. Se ele for finito, é possível que seja enrolado como um canudo, ou seja, seguindo sempre em frente retorna-se ao mesmo ponto em algum momento.
Para cada um dos formatos citados acima existem alguns comportamentos previstos. Se o Universo fosse plano (a hipótese mais difundida), por exemplo, a sua expansão diminuiria com o tempo, mas sem parar. O problema é que hoje os cientistas já sabem que o Universo está em expansão acelerada. Outra questão bastante polémica que diz muito sobre o formato do Cosmos é se ele é finito ou infinito. Se ele for finito, é possível que seja enrolado como um canudo, ou seja, seguindo sempre em frente retorna-se ao mesmo ponto em algum momento.
O Surgimento do Universo
Cosmologia
Em Astronomia chamamos de Universo o espaço com a matéria e energia que o formam. A Cosmologia estuda a origem, a estrutura e a evolução do Universo ou de partes componentes deste, tal como um sistema planetário.
Muitos foram os seres humanos que dedicaram as suas vidas ao estudo das ciências e da descoberta da origem do Universo. Dentre as principais descobertas e teorias desenvolvidas para elucidar a origem do Universo, podemos citar:
Muitos foram os seres humanos que dedicaram as suas vidas ao estudo das ciências e da descoberta da origem do Universo. Dentre as principais descobertas e teorias desenvolvidas para elucidar a origem do Universo, podemos citar:
- 1914 – Albert Einstein enuncia a Teoria da Relatividade, mostrando a equivalência entre matéria e energia. E = m.c²
- 1917 – O astrónomo holandês Willen de Sitter demonstra de forma teórica que o Universo está em expansão.
- 1927 – O astrónomo belga Georges Lemaitre sugere que, inicialmente, toda a matéria do Universo estava concentrada em um único lugar: o ovo cósmico ou átomo primordial.
- 1929 – Edwin Hubble, baseado em suas observações, enuncia a sua famosa lei segundo a qual a velocidade com que uma galáxia se afasta de nós está relacionada com a sua distância até nós, e, portanto, com o tempo. Esta foi a primeira evidência da expansão do Universo.
- 1950 – Herman, Gamow e Alpher propõem a Teoria do Big-Bang (nome sugerido por Hoyle para o evento que dá início ao Universo).
- 1965 – Os físicos americanos Arno Penzias e Robert Wilson detetaram a radiação cósmica de fundo, equivalente à radiação emitida por um corpo negro a uma temperatura de 2,7K.
Lei de Hubble
O astrónomo Edwin Powell Hubble (1889-1953), em 1929, reuniu elementos suficientes para concluir que “A velocidade com que uma galáxia se afasta de nossa galáxia é diretamente proporcional à sua distância de nossa galáxia”.
Matematicamente: V = H d
V: velocidade de afastamento da galáxia considerada.
d: distância entre a galáxia considerada e a nossa galáxia.
H: constante de Hubble.
A Lei de Hubble sugere que toda essa matéria que está em expansão, num dado instante, pode ter estado junta em um só local: o ovo cósmico ou singularidade.
Matematicamente: V = H d
V: velocidade de afastamento da galáxia considerada.
d: distância entre a galáxia considerada e a nossa galáxia.
H: constante de Hubble.
A Lei de Hubble sugere que toda essa matéria que está em expansão, num dado instante, pode ter estado junta em um só local: o ovo cósmico ou singularidade.
A radiação de fundo
Os físicos norte-americanos Arno Penzias e Robert Wilson, em 1965, ao estudarem ondas de rádio, detectaram a presença de “ruídos” estranhos que iriam constituir a radiação cósmica de fundo. Os estudos posteriores mostraram que esta radiação é equivalente à emitida por um corpo negro a uma temperatura de 2,7K.
Essa descoberta da radiação cósmica de fundo parece evidenciar duas coisas: a existência do Big-Bang, sendo esta radiação de fundo proveniente da transformação de massa em energia radiante, um resíduo do Big-Bang que deu origem ao Universo, e ainda que 2,7K seria a temperatura actual do Universo considerado como um todo (uma espécie de temperatura média do Universo), o que já tinha sido previsto por George Gamow (1904-1968) em 1948.
Essa descoberta da radiação cósmica de fundo parece evidenciar duas coisas: a existência do Big-Bang, sendo esta radiação de fundo proveniente da transformação de massa em energia radiante, um resíduo do Big-Bang que deu origem ao Universo, e ainda que 2,7K seria a temperatura actual do Universo considerado como um todo (uma espécie de temperatura média do Universo), o que já tinha sido previsto por George Gamow (1904-1968) em 1948.
Teoria do Big-Bang
A Teoria do Big-Bang admite que o Universo tem uma idade limite, da ordem de 15 ou 20 biliões de anos e, portanto, existe um instante inicial em que o Universo foi criado. Segundo essa teoria há 15 ou 20 biliões de anos uma fabulosa quantidade de energia estava localizada em uma esfera de diâmetro inferior a 1cm, denominada ovo cósmico ou singularidade.
Num dado instante (t = 0), toda essa energia, em rápida expansão, criou o Universo que se dilatou e se arrefeceu uniformemente. A redução rápida de temperatura determinou as sucessivas transformações da energia libertada que se materializou na forma de partículas (quarks) e anti-partículas (antiquarks). A matéria e a antimatéria aniquilam-se, gerando uma quantidade enorme de energia na forma de fotões e obedecendo à equação de Einstein: E = m.c². O excesso de matéria em relação à antimatéria deu origem ao Universo em que hoje vivemos.
Num dado instante (t = 0), toda essa energia, em rápida expansão, criou o Universo que se dilatou e se arrefeceu uniformemente. A redução rápida de temperatura determinou as sucessivas transformações da energia libertada que se materializou na forma de partículas (quarks) e anti-partículas (antiquarks). A matéria e a antimatéria aniquilam-se, gerando uma quantidade enorme de energia na forma de fotões e obedecendo à equação de Einstein: E = m.c². O excesso de matéria em relação à antimatéria deu origem ao Universo em que hoje vivemos.
Cronologia na criação do Universo
a) Instante t = 0: instante inicial em que ocorreu o Big-Bang; a escala de distâncias vale zero, a densidade do universo é infinitamente elevada e não há ferramentas na Matemática ou na Física, que hoje conhecemos, para estudar este momento. O evento instante zero é tratado como uma singularidade no estudo da evolução do Universo.
b) Intervalo de tempo entre t = 0 e t = 10–43s: o que ocorreu neste intervalo é pura especulação teórica sem nenhuma possibilidade de comprovação através de observações físicas.
c) Intervalo de tempo entre t = 10–43s e t = 10–35s: neste curto intervalo de tempo os quarks e os antiquarks aniquilaram-se dando origem à radiação, na forma de fotões. A quantidade de quarks é maior que a de antiquarks, de modo a que esta matéria na forma de quarks deu origem ao Universo em que hoje vivemos. O universo está a arrefecer, passando de uma temperatura de 1032K em t = 10–43s para a temperatura de 1027K em t = 10–35s.
d) No instante t = 10–30s os quarks remanescentes do processo de aniquilamento começam a se fundir, dando origem aos protões e neutrões.
e) No instante t = 10–6s a fusão dos quarks, originando protões e neutrões, é concluída e os quarks desaparecem.
Os protões e neutrões podem-se transmutar entre si e vão coexistir com eletrões e fotões.
f) Após o instante t = 1s, com a queda da temperatura, os protões não podem mais se transmutar, o que não ocorre em relação aos neutrões. É por isso que existem, até hoje, quatro vezes mais protões do que neutrões.
g) No intervalo de t = 10s a t = 500s ocorrem as reações de fusão dos núcleos: 25% dos núcleos de hidrogénio transformam-se em hélio; um milésimo por cento é transformado em deutério e menos de um milionésimo por cento é transformado em lítio. Ao fim de 3 minutos as transformações fundamentais já haviam ocorrido.
h) Quando o Universo possui uma idade entre 300 000 anos e 1 milhão de anos, a temperatura já é suficientemente baixa para que os eletrões comecem a associar-se aos protões para formar os átomos de hidrogénio.
i) Antes de atingir a idade de 1 bilião de anos, a força gravitacional começou a agir e as primeiras galáxias apareceram.
b) Intervalo de tempo entre t = 0 e t = 10–43s: o que ocorreu neste intervalo é pura especulação teórica sem nenhuma possibilidade de comprovação através de observações físicas.
c) Intervalo de tempo entre t = 10–43s e t = 10–35s: neste curto intervalo de tempo os quarks e os antiquarks aniquilaram-se dando origem à radiação, na forma de fotões. A quantidade de quarks é maior que a de antiquarks, de modo a que esta matéria na forma de quarks deu origem ao Universo em que hoje vivemos. O universo está a arrefecer, passando de uma temperatura de 1032K em t = 10–43s para a temperatura de 1027K em t = 10–35s.
d) No instante t = 10–30s os quarks remanescentes do processo de aniquilamento começam a se fundir, dando origem aos protões e neutrões.
e) No instante t = 10–6s a fusão dos quarks, originando protões e neutrões, é concluída e os quarks desaparecem.
Os protões e neutrões podem-se transmutar entre si e vão coexistir com eletrões e fotões.
f) Após o instante t = 1s, com a queda da temperatura, os protões não podem mais se transmutar, o que não ocorre em relação aos neutrões. É por isso que existem, até hoje, quatro vezes mais protões do que neutrões.
g) No intervalo de t = 10s a t = 500s ocorrem as reações de fusão dos núcleos: 25% dos núcleos de hidrogénio transformam-se em hélio; um milésimo por cento é transformado em deutério e menos de um milionésimo por cento é transformado em lítio. Ao fim de 3 minutos as transformações fundamentais já haviam ocorrido.
h) Quando o Universo possui uma idade entre 300 000 anos e 1 milhão de anos, a temperatura já é suficientemente baixa para que os eletrões comecem a associar-se aos protões para formar os átomos de hidrogénio.
i) Antes de atingir a idade de 1 bilião de anos, a força gravitacional começou a agir e as primeiras galáxias apareceram.