Durante décadas, o Big Bang permaneceu como a pedra angular da cosmologia moderna: um momento em que o universo explodiu de um ponto infinitamente denso para a existência. Mas o que aconteceu antes daquele momento, se é que alguma coisa aconteceu? A questão em tempos parecia sem sentido, mas os recentes avanços na relatividade numérica – uma abordagem computacional para resolver as equações notoriamente complexas de Einstein – estão a revelar que a história mais antiga do Universo pode ser muito mais estranha do que se imaginava anteriormente. Os cientistas estão agora a vislumbrar o potencial para universos pré-existentes, realidades em colisão e até mesmo a possibilidade de o Big Bang não ter sido um começo, mas uma transição.
Rebobinando o Cosmos: A Avanço da Relatividade Numérica
O principal desafio reside no fato de que as equações que descrevem a gravidade falham em densidades extremas. Os físicos há muito tentam contornar esse problema usando aproximações, conectando condições a supercomputadores e deixando-os executar simulações. Não se trata de encontrar soluções exatas; trata-se de extrair insights significativos de estimativas aproximadas. Como explica Eugene Lim, do King’s College London, este campo está agora a descobrir respostas para questões que antes eram consideradas sem resposta.
O poder desta abordagem emergiu da astronomia das ondas gravitacionais. Depois de décadas de teoria, os cientistas finalmente observaram ondulações no espaço-tempo em 2016. Esse sucesso encorajou os investigadores a aplicar as mesmas técnicas ao problema muito mais difícil do universo primitivo, construindo modelos ao nível da “estrela da morte” para simular condições próximas do Big Bang.
O quebra-cabeça inflacionário e a defesa de universos saltitantes
Uma das principais teorias sobre o que aconteceu antes da fase quente e densa do universo primitivo é a inflação : um período de expansão exponencial que suavizou as irregularidades iniciais. Contudo, a inflação depende de um campo hipotético – o “inflaton” – com propriedades pouco compreendidas. As simulações revelam agora que certas configurações deste campo têm maior probabilidade de produzir inflação do que outras, criando tensão com as observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB).
Esta incerteza abriu a porta para modelos alternativos, incluindo a hipótese do universo saltitante. Em vez de explodir a partir de uma singularidade, o universo pode ter contraído a partir de um estado anterior antes de se recuperar. A relatividade numérica apoia esta ideia, mostrando que a contracção pode suavizar irregularidades tão eficazmente como a inflação, e potencialmente evitar completamente a problemática singularidade. Dados recentes sugerem mesmo que a expansão do Universo está a abrandar, tornando mais plausível uma contracção futura.
Evidência de universos em colisão?
Talvez a implicação mais radical destas simulações seja a possibilidade de o nosso universo não estar sozinho. Se a inflação criasse “bolhas” de espaço de expansão mais lenta, essas bolhas poderiam ter-se formado perto o suficiente para colidirem. Os modelos sugerem que tais colisões deixariam cicatrizes detectáveis na CMB. Embora as primeiras pesquisas por estas impressões tenham produzido resultados inconclusivos, os investigadores estão a refinar os seus métodos e a explorar cenários mais realistas.
Experimentos estão sendo realizados até em laboratórios para simular universos em colisão usando fluidos exóticos, buscando validar as previsões teóricas.
O Futuro da Investigação Cosmológica
A relatividade numérica não está apenas testando teorias existentes; também está investigando os fundamentos da física teórica. As formas do campo do ínflaton necessárias para produzir a inflação, por exemplo, entram em conflito com muitos modelos da teoria das cordas, mas alinham-se com variações específicas. Isto sugere que algumas abordagens para unificar a gravidade com a mecânica quântica podem ser mais promissoras do que outras.
Com um poder de computação mais rápido e simulações mais sofisticadas, os cientistas estão preparados para ampliar ainda mais os limites do conhecimento cosmológico. A era da aceitação cega do Big Bang como um começo absoluto pode estar chegando ao fim. Estamos entrando numa fase em que as origens do universo podem ser testadas, desafiadas e potencialmente reescritas com base na busca incansável pela verdade computacional.
As simulações são lindos trabalhos, mas ainda incompletos. Os modelos ainda não conseguem explicar completamente o universo tal como o vemos hoje, mas estão cada vez mais perto de responder à maior questão da cosmologia: o que veio antes de tudo?
