Por que o Universo é tão assustadoramente grande?

18
2053
Retirada do Imgur

Por Sean Carroll
Publicado no
Preposterous Universe

Eu adoro ler o io9, é uma mistura divertida de ficção científica, entretenimento e ciência pura. Então, eu estava feliz em responder quando o seu escritor George Dvorsky enviou a uma pergunta aparentemente inocente: “Porque a escala do universo é tão assustadoramente grande?”

Você pode encontrar os frutos do trabalho de George sobre isto no io9. Mas a minha própria resposta continuou a um nível suficientemente grande, então resolvi colocá-la aqui também. Claro que, como com qualquer pergunta “Por quê?”, Precisamos ter em mente que a resposta pode ser simplesmente “Porque essa é assim que funciona”.

Sempre que nos parecemos surpresos ou confusos sobre algum aspecto do universo, é porque temos alguma expectativa pré-existente para o que “deveria” ser, ou o que um universo “natural” poderia ser. Mas o universo não tem um propósito, e não há nada mais natural do que a própria Natureza – assim o que estamos realmente tentando fazer é descobrir o que as nossas expectativas devem ser.

O universo é grande em escalas humanas, mas isso não significa muito. Não é surpreendente que os seres humanos são pequenos em comparação com o universo, mas grandes em comparação com átomos. Essa característica tem uma explicação antrópica óbvia – estruturas complexas só podem se formar entre escalas, não à tamanhos muito maiores ou muito menores. Dado que os organismos vivos vão ser complexos, não é nenhuma surpresa que nós nos encontramos em um tamanho intermediário em comparação com o universo e em comparação com as partículas elementares.

O que é, sem dúvida, mais interessante, é que o universo é tão grande quanto em comparação com escalas da física de partículas. O comprimento de Planck da gravidade quântica é de 10^{-33} centímetros, e o tamanho de um átomo é de aproximadamente 10^{-8} centímetros. A diferença entre esses dois números já é intrigante – que está relacionado com o “problema da hierarquia” da física de partículas. (O tamanho de átomos é fixado pela escala de comprimento definido por interações eletrofracas, enquanto o comprimento de Planck é definido pela constante de Newton; as duas distâncias são extremamente diferentes, e não temos certeza do por que). Mas a escala do universo é de aproximadamente 10^29 centímetros de diâmetro, que é enorme em qualquer escala da microfísica. É perfeitamente razoável perguntar o por quê.

Parte da resposta é que as configurações “típicas” de material, tendo em conta as leis da física como nós os conhecemos, tendem a ser muito próximas ao espaço vazio. (“Típica” significa “de alta entropia”, neste contexto). Isso é uma característica da relatividade geral, que diz que o espaço é dinâmico, e pode se expandir e contrair. Então você me dá qualquer configuração particular da matéria no espaço, e eu posso encontrar um monte de configurações onde a mesma coleção de matéria espalham-se ao longo de um volume muito maior de espaço. Então, se tivéssemos de “pegar uma coleção aleatória de coisas”, obedecendo as leis da física, iriamos pegar principalmente o espaço vazio. Que o nosso universo é, mais ou menos.

Dois grandes problemas com isso. Em primeiro lugar, até mesmo o espaço vazio tem um comprimento de escala natural, que é definido pela constante cosmológica (energia do vácuo). Em 1998, descobrimos que a constante cosmológica não é exatamente zero, embora seja muito pequena. A escala de comprimento que ela define (grosso modo, a distância da curvatura do espaço devido à constante cosmológica, que se torna apreciável) tem de fato o tamanho do universo hoje – cerca de 10^26 centímetros. (Note que a própria constante cosmológica é inversamente proporcional a esta escala de comprimento – a pergunta “Porque é que a escala de comprimento cosmológico constante é tão grande?” É a mesma que “Porque a constante cosmológica é tão pequena?”)

Isto levanta duas grandes questões. A primeira é o “problema da coincidência”: o universo está se expandindo, mas a escala de comprimento associada à constante cosmológica é uma constante, então por que elas são aproximadamente iguais hoje? A segunda é simplesmente o “problema da constante cosmológica”: por que a escala da constante cosmológica é tão enormemente maior do que a escala de Planck, ou algum evento de escala atômica? É seguro dizer que agora não há respostas amplamente aceitas para qualquer uma destas perguntas.

Então, aproximadamente, a resposta à pergunta “Por que o universo é tão grande” é “Devido a constante cosmológica ser tão pequena”. E a resposta à pergunta “Por que a constante cosmológica é tão pequena?” É “Ninguém sabe”.

Mas há ainda uma outra dificuldade. Configurações típicas das coisas tendem a olhar como o espaço vazio. Mas o nosso universo, enquanto relativamente vazio, não é “tão” vazio. Ele tem mais de cem bilhões de galáxias, com uma centena de bilhões de estrelas cada, e mais de 10^50 átomos por estrelas. Pior, há talvez 10^88 partículas (principalmente fótons e neutrinos) dentro do universo observável. Isso é um monte de partículas! Um estado muito mais natural do universo estaria enormemente mais vazio do que isso. Na verdade, como o espaço se expande, a densidade de partículas dilui distante – nós estamos indo em direção a um estado muito mais natural, que será muito mais vazio do que o universo que vemos hoje.

Assim, dado o que sabemos sobre a física, a verdadeira questão é: “Por que há tantas partículas no universo observável?”. Essa é uma perspectiva sobre a pergunta “Porque a entropia do universo observável é tão baixa?” E, claro, a densidade das partículas eram muito mais elevadas, e a entropia muito mais baixa, em tempos iniciais. Estas questões são também aquelas que não temos boas respostas no momento.

CONTINUAR LENDO

Deixe um comentário

18 Comentários em "Por que o Universo é tão assustadoramente grande?"

avatar
  Subscribe  
newest oldest most voted
Notify of
Gus
Visitante

“É seguro dizer que agora há respostas não amplamente aceitas” deveria estar traduzido como “é seguro dizer que agora não há respostas amplamente aceitas “.

Adriano
Visitante

Eu viajo as vezes nesses artigos.

Eder Sales
Visitante

Alguem poderia me esclarecer algumas duvidas??? Onde fica (ou ficaria) o centro do universo ???? Preciso de informações sobre buracos brancos, estive pesquisa do e achei quase nada a respeito…. e porque tem tantas diferenças sobre o tamanho do universo ? Eu ja anotei oito tamanhos diferentes, encontradas em varias publicações, e algumas dizem q ele tem quase o dobro de outra publicação……….tks

Affonso Soares
Visitante

O Universo é ” ilimitado” porém finito. Sendo ilimitado, qualquer ponto que se marque será o seu centro. Ele é ” finito” porque tudo que tem um principio terá forçosamente um fim. Simples assim, penso eu.

Leonardo Schiavon
Visitante

E depois do fim? Acho impossivel ter fim e nao ter fim. Pois penso que nao tem como nao ter fim, mas se tiver fim, o que tem depois do fim? O cérebro trava. Hehehehehehe

João Bosco Coelho Costa
Visitante

Depois do fim, virá o fim do fim; e na sequência “o fim do fim do fim”; depois “o fim do fim do fim do fim”; enfim, e ao fim, tudo SeraFIM.

Daniel
Visitante

ótimo

Emerson Bassinello
Visitante

Gostaria de saber: Quantas vezes o universo é maior que uma pessoa (1,70 metros) ?? boa matéria daria! obrigado. :)

Filipe Mascarenhas Paiva
Visitante
Primeiro iremos ver qual o tamanho do universo em metros com algumas continhas: o diâmetro do universo é de 78.000.000.000 de anos luz,como em uma ano a luz percorre 9.500.000.000.000.000 metros, vamos fazer 78.000.000.000*9.500.000.000.000.000 =741.000.000.000.000.000.000.000.000 de metros. Agora vamos ver: se o ser humano tem 1,70 metros vamos ver quantas vezes o 1,70 deveria ser multiplicado para chegar mais próximo de 741.000.000.000.000.000.000.000.000 que é o tamanho do universo, assim saberemos quantas vezes o universo é maior, para isso vamos fazer uma equação de 1 º grau: 1,70*X=741.000.000.000.000.000.000.000.000 X=741.000.000.000.000.000.000.000.000/1,70 X=4358823529411765 metros Ou seja, o universo é 4358823529411765 vezes maior que o… Read more »
João Bosco Coelho Costa
Visitante

“Contribuíram”.

João Bosco Coelho Costa
Visitante

Um questionamento e uma resposta que certamente contribui para um “salto” na Cosmologia.