Simplificando, o Big Bang é a explosão inicial que desencadeou a formação do Universo tal como o conhecemos hoje. Segundo a teoria cosmológica (1) mais aceita atualmente, há aproximadamente 14 bilhões de anos atrás (diferente fontes citam desde 13,5 até 15 bilhões, sendo as estimativas mais aceitas em torno de 13,7 bilhões de anos), todo o Universo se encontrava concentrado numa região de dimensões mínimas, com densidade e temperatura infinitas (e você ainda acha que seu apartamento é apertadinho e abafado?). No que poderíamos chamar de “momento inicial”, ou “momento zero”, o Universo iniciou um movimento de expansão, que continua até hoje. A rápida expansão inicial seria percebida por nós como uma grande explosão, o famoso Big Bang. Essa teoria é baseada tanto em considerações teóricas como em observações da estrutura do Universo, e entre os seus pilares estão a Teoria da Relatividade Geral, de Albert Einstein, a expansão do Universo, conforme a lei de Hubble (2), e o Princípio Cosmológico (3).
O termo “Big Bang” (“Grande Explosão”) foi cunhado em 1949 por Fred Hoyle, um astrônomo (e escritor de ficção científica) inglês, durante uma transmissão de rádio. Ironicamente, ele rejeitava a teoria do Big Bang, pois achava difícil acreditar que o Universo teria tido um começo (ele acreditava na teoria do Universo Estacionário, na qual o Universo seria estável e não teria começo ou fim, formulada por ele próprio junto com alguns colegas). Dizia-se que ele tinha usado o termo pejorativamente (o que ele mais tarde negou), mas, de qualquer forma, o nome “pegou” e acabou sendo universalmente adotado, inclusive pelos cientistas em geral.
Para detalhes sobre a teoria do Big Bang, faça uma pesquisa em seu site de buscas favorito por ΛCDM ou Lambda-CDM, que é a abreviação de “Lambda-Cold Dark Matter”, considerado o melhor modelo dessa teoria (também chamado “Modelo de Concordância” da cosmologia do Big Bang). E, para quem não está familiarizado com os termos:
(1) Cosmologia (do grego κοσμολογία, κόσμος = “cosmos”/”ordem”/”mundo” + -λογία = “discurso”/”estudo”) é o ramo da astronomia que estuda a origem, estrutura e evolução do Universo a partir da aplicação de métodos científicos.
(2) O movimento galáctico, ou Lei de Hubble-Homason, é um fenômeno que foi descoberto por Edwin Powell Hubble e seu colega Milton L. Homason quando dedicavam-se ao estudo das galáxias. Ao fazer a medida de distâncias, localização e distribuição das galáxias no espaço através da análise de seus movimentos, eles notaram que havia um padrão. Hubble estudou a luz emitida pelas galáxias distantes, observando que o comprimento de onda em alguns casos era maior que aquele obtido em laboratório. Esse fenômeno, uma conseqüência do chamado Efeito Doppler, ocorre quando a fonte e o observador se movem um em relação ao outro. Quando se afastam um do outro, o comprimento de onda visto pelo observador aumenta, diminuindo quando fonte e observador se aproximam. Portanto, se uma galáxia estiver se aproximando, sua luz se desloca para o azul (blue shift); se estiver se afastando, para o vermelho (red shift, que é o efeito observado no movimento das galáxias). Em cada caso, a variação relativa do comprimento de onda é proporcional à velocidade com que a fonte se move. Hubble deduziu que as galáxias se afastam umas das outras (desvio para o vermelho) e que a velocidade de distanciamento é tanto maior quanto maior a distância entre elas. Ele usou métodos precisos para determinar uma relação entre o deslocamento do comprimento de onda e a distância de uma galáxia. Essa relação entrou para a história da ciência como a Lei de Hubble. E, eventualmente, seu nome foi dado ao primeiro telescópio espacial, posto em órbita em 1990, para estudar o espaço sem as distorções causadas pela atmosfera da Terra.
(3) Princípio Cosmológico: em cosmologia física, o princípio cosmológico é a premissa, ou hipótese de trabalho, sobre a estrutura em larga escala do cosmo, definindo que “em escalas espaciais suficientemente grandes, o Universo é homogêneo e isotrópico (4). “ Em mais detalhes: “... todos os pontos no espaço devem experimentar o mesmo desenvolvimento físico, correlacionado no tempo de uma tal maneira que todos os pontos a uma certa distância de um observador parecem estar no mesmo estágio de desenvolvimento. Nesse sentido, todas as condições espaciais no Universos devem aparentar ser homogêneas e isotrópicas para um observador, em qualquer tempo no futuro ou no passado”. O princípio cosmológico restringe severamente o conjunto de possíveis teorias cosmológicas. Ele é consistente com a isotropia observada na distribuição espacial das galáxias, na distribuição espacial de fontes de radio, e na radiação cósmica de fundo (5).
(4) Isotropia: qualidade segundo a qual uma propriedade tem o mesmo valor, ou intensidade, independente de direção e sentido, isto é, é uma propriedade não vetorial.
(5) Radiação cósmica de fundo: é uma forma de radiação eletromagnética prevista por George Gamov, Ralph Alpher e Robert Herman em 1948 e descoberta em 1965 por Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson, do Bell Telephone Laboratories. A radiação cósmica de fundo preenche todo o universo, e seu espectro é o de um corpo negro a uma temperatura de 2,725 kelvin. Ela tem uma freqüência de pico de 160,4 GHz, o que corresponde a um comprimento de onda de 1,9 mm (ou seja, tem intensidade máxima na faixa de microondas). Ela é isotrópica até uma parte em 100 000: as variações de seu valor eficaz são de somente 18 µK. O Far-Infrared Absolute Spectrophotometer (FIRAS), um instrumento instalado no satélite Cosmic Background Explorer (COBE) da NASA, mediu cuidadosamente o espectro da radiação cósmica de fundo, o que o tornou a medida mais precisa de um espectro de corpo negro de todos os tempos. Ao lado do afastamento das galáxias e da abundância de elementos leves, a radiação cósmica de fundo é uma das mais fortes evidências observacionais do modelo do Big Bang de criação do universo.
Segundo a Teoria da Relatividade (veja o verbete correspondente na Enciclonérdia), um buraco negro é um “objeto”, ou mais precisamente, uma região do espaço, onde o campo gravitacional é tão intenso que nada consegue escapar, nem mesmo a luz.
Um buraco negro se forma a partir da “morte” por explosão de uma estrela gigante, num fenômeno conhecido como supernova. Essa explosão expele as camadas externas da estrela e deixa para trás uma grande quantidade de massa, mas já sem a existência das reações de fusão nuclear típicas de uma estrela ativa. Sem a ação de nenhuma outra força a não ser a gravidade, essa massa vai se comprimindo e se compactando até atingir um ponto de volume zero e densidade infinita, formando uma singularidade gravitacional, que se torna o centro do buraco negro. A partir daí, numa determinada região do espaço-tempo em torno do buraco negro, conhecida como “horizonte de eventos” (event horizon, às vezes referida como a superfície, ou a abertura do buraco negro), a atração gravitacional é tão intensa que a velocidade de escape (a velocidade necessária para escapar desse campo gravitacional) se torna superior à velocidade da luz. Pensando “graficamente”, a distorção do espaço-tempo causada pela singularidade gravitacional é como uma espécie de “buraco” do qual nada que se aproxime muito consegue escapar.
O nome “horizonte de eventos” decorre do fato de que qualquer coisa que entre nessa região “desaparece”, já que nem a luz consegue escapar da atração gravitacional do buraco negro, ou seja, nenhum evento que ocorra nessa região pode ser observado. Aliás, como os buracos negros não podem ser vistos, já que não emitem luz, a única forma de detectá-los é através da observação dos efeitos que eles causam em outros corpos celestes.
Além dos buracos negros de massa estelar, formados pelo colapso de uma estrela gigante, há também buracos negros “super-massivos”, que podem ter até bilhões de vezes a massa de uma estrela. Eles supostamente existem no centro da maioria das galáxias, inclusive da Via Láctea, e podem se formar através da colisão de outros buracos negros. Em teoria, existiriam ainda “microburacos negros”, de massa muito menor, sobre os quais não se sabe muito, a não ser que emitiriam a chamada “radiação de Hawkin” (veja Stephen Hawkin, na Enciclonérdia), e eventualmente acabariam “evaporando” em flashs brilhantes de raios gama.
Os buracos negros, assim como os “buracos de minhoca” (wormholes, veja o verbete no livro), são muito populares na ficção científica. Ao contrário do que vemos na ficção, porém, os buracos negros não são portais para viagens no tempo, nem gigantescos aspiradores de pó espaciais (para ser inevitavelmente sugado pelo buraco negro, é preciso entrar na região do “horizonte de eventos”). Entretanto, a Teoria da Relatividade Geral de Einstein (veja o verbete correspondente no livro) descreve a possibilidade de configurações nas quais dois buracos negros (na verdade um “buraco negro” e um “buraco branco”, que seria o inverso em relação ao tempo de um buraco negro, ejetando em vez de absorver matéria, mas que segundo a Física Quântica são a mesma coisa) podem estar conectados entre si, o que é comumente descrito como um wormhole. Infelizmente, tais configurações nunca foram observadas na prática, nem se imagina que possam vir a ser.
(3) Princípio Cosmológico: em cosmologia física, o princípio cosmológico é a premissa, ou hipótese de trabalho, sobre a estrutura em larga escala do cosmo, definindo que “em escalas espaciais suficientemente grandes, o Universo é homogêneo e isotrópico (4). “ Em mais detalhes: “... todos os pontos no espaço devem experimentar o mesmo desenvolvimento físico, correlacionado no tempo de uma tal maneira que todos os pontos a uma certa distância de um observador parecem estar no mesmo estágio de desenvolvimento. Nesse sentido, todas as condições espaciais no Universos devem aparentar ser homogêneas e isotrópicas para um observador, em qualquer tempo no futuro ou no passado”. O princípio cosmológico restringe severamente o conjunto de possíveis teorias cosmológicas. Ele é consistente com a isotropia observada na distribuição espacial das galáxias, na distribuição espacial de fontes de radio, e na radiação cósmica de fundo (5).
Até o presente, buracos negros parecem fazer parte da nossa vida diária apenas na forma de gavetas que insistem em “engolir” pés de meia de forma inexplicável, deixando seus pares órfãos (ou talvez sugerindo a existência de um wormhole entre a gaveta das meias e a máquina de lavar), armários que somem sistematicamente com todo tipo de utensílio e ferramenta, e, principalmente, contas bancárias, de onde o dinheiro misteriosamente insiste em desaparecer muito antes do final do mês, engolido por distorções gravitacionais de proporções catastróficas.