A grande explosão que deu origem ao Universo, o Big Bang, às vezes parece uma idéia confusa. Por exemplo: que estranho "lugar" foi esse onde se deu a explosão? Ou então: exatamente em que ponto do céu ocorreu a explosão? Em outras palavras, se é verdade que o telescópio espacial Hubble poderia ver o nascimento do Cosmo, para onde deveria ser apontado? Tais perguntas são comuns entre os leitores e a revista americana Astronomy deu as respostas, com sucesso. Veja a seguir a versão Superinteressante dos tópicos de maior interesse, em linguagem que qualquer um pode entender. O objetivo é divulgar mais amplamente a Cosmologia, ciência propiciada pelo gênio de Einstein que estuda a origem e a evolução do Cosmo. Ou seja, tudo que existe, visto na maior escala que se pode imaginar.

É o tipo da dúvida que se desfaz no momento em que se vê a imagem da expansão, mesmo simplificada ao extremo. O melhor é pensar no Universo como um balão de borracha; ele está sendo inflado e as galáxias repousam à sua superfície. Não importa onde se esteja, sempre as galáxias serão vistas afastando-se umas das outras. Mais do que isso, pode-se mostrar matematicamente que a velocidade de afastamento segue a lei de Hubble: ou seja, quanto mais distante a galáxia, mais veloz ela é. Os habitantes de qualquer galáxia do Universo ve-riam todas as outras afastando-se exatamente da forma que essa lei prescreve.

Em outras palavras, o Cosmo é democrático. Nenhuma região dentro dele contém mais matéria que qualquer outra (em regiões do mesmo tamanho; se uma região é maior, contém mais matéria que outra menor, de modo que a densidade é sempre a mesma, na média).

Este é um dos campos de mais intensa pesquisa, atualmente, mas tudo indica que a semente desses grandes amontoados de estrelas foi lançada bem no início dos tempos, quando o Cosmo era um tórrido e impenetrável caldo de partículas subatômicas. O problema central é que a expansão forçava a matéria a se espalhar, afastando as partículas cada vez mais, umas das outras. Por isso é difícil explicar como elas se juntaram para formar estrelas, galá-xias ou aglomerados de galáxias, em escala ainda maior. Uma possibilidade é que a matéria não estivesse bem distribuída: em certas regiões, havia mais partículas do que a média.

De tal forma que, dentro de tais regiões, a atração da gravidade entre as partículas venceu a expansão, forçando porções de matéria a se aglutinarem. Não se sabe se as massas iniciais eram simples estrelas, que depois se reuniram em galáxias. Ou se desde o começo tinham a dimensão de galáxias, e em seguida desmoronaram sobre si mesmas, formando, cada uma, bilhões de estrelas. Seja como for, não se sabe bem o que tirou as partículas do lugar, alterando sua perfeita distribuição no espaço. Imagina-se que a resposta esteja num fenômeno estatístico. Isto é, a sua distribuição original nunca foi perfeita. As partículas se pareciam mais com um inquieto enxame de abelhas: na média, as abelhas se espalham por igual no enxame, mas estão sempre se ajuntando ou se dispersando, em cada ponto e em cada momento. Nesse caso, existe a possibilidade de alguns ajuntamentos se tornarem definitivos, porque as partículas se aproximaram tanto que acabaram presas pela gravidade.

Embora não tenha limite, da maneira como os antigos imaginavam a extrema borda do mundo — um abismo dando para o nada —, o Cosmo também não é infinito. A Terra, por exemplo, é finita, mas sua superfície não tem uma fronteira porque é redonda: quem anda sempre numa mesma direção volta ao ponto de partida. Trata-se de uma analogia imperfeita, porém, pois o Universo é finito no tempo, não no espaço. Outra maneira de dizer isso é a seguinte: aquilo que está longe, está no passado. Portanto, ver o limite do Universo significa olhar para o seu nascimento, sua última fronteira.

Em princípio, as medidas não poderiam ser mais simples. Como as galáxias estavam todas juntas quando o Universo nasceu, basta calcular o tempo que elas levaram para chegar à distância que estão atualmente. É como dizer que uma viagem de 200 quilômetros, feita a 100 quilômetros por hora, demorou duas horas. O problema é avaliar a distância e a velocidade das galáxias, mas pode-se usar a velocidade de qualquer galáxia: a distância dividida pela velocidade, dá sempre o mesmo valor — a idade do Cosmo. Parece esquisito, mas é um fato: embora todas as galáxias se afastem, as mais próximas são mais lentas e as mais distantes, mais rápidas.

Trata-se de uma das maiores descobertas de toda a ciência, neste século, e foi feita pelo americano Edwin Hubble, em 1929. Um exemplo concreto são duas galáxias, uma a 10 milhões de anos-luz e outra a 100 milhões de anos-luz (um ano-luz mede 9,5 trilhões de quilômetros). Assim, a galáxia mais próxima é mais lenta e se afasta a 150 quilômetros por segundo, enquanto a galáxia mais distante, mais rápida, se afasta a 1 500 quilômetros por segundo. É fácil ver que ambas têm a mesma constante de Hubble, de valor igual a 15 (150 dividido por 10 ou 1 500 dividido por 100). Dividindo-se 1 por 15 chega-se à idade de 20 bilhões de anos para o Universo.

Essa última conversão é um pouco complicada devido às unidades das medidas (quem gosta de contas deve considerar que o número 15 é medido em quilômetros por segundo, por milhão de anos-luz. E que um ano tem 31,5 milhões de segundos). De qualquer forma, se na teoria tudo se encaixa, na prática há diversos problemas. Primeiro, porque as galáxias próximas se atraem pela força da gravidade, de modo que suas velocidades não obedecem precisamente à constante de Hubble. Por outro lado, é difícil calcular a distância de galáxias muito remotas. No final, conforme as medidas feitas, o valor da constante pode variar bastante, digamos entre 15 e o dobro disso, 30. Assim, a idade do Cosmo deve ficar entre 10 e 20 bilhões de anos.

Infelizmente, ainda não é possível responder a essa pergunta, pois ela depende de quanta matéria está contida no Cosmo. Há duas possibilidades diferentes, como uma pedra que se joga para o alto: ela pode cair de volta ao solo, ou não, escapando para o espaço interplanetário numa viagem sem retorno. O primeiro caso corresponde a uma pedra muito "pesada", que depois de subir um pouco cai pela força da gravidade. Da mesma forma, se o Universo contiver bastante matéria, a gravidade será capaz de impedir que as galáxias continuem a afastar-se umas das outras. A expansão será interrompida e depois invertida, transformada numa implosão.

Apenas se a quantidade de matéria for pequena, o Cosmo se expandirá para sempre, situação semelhante à de uma pedra pequena, atirada para o alto com tanta força que nunca volta a cair. Até onde se sabe, não há matéria luminosa em quantidade suficiente para interromper a expansão. Reunindo-se todas as estrelas, em todas as galáxias, assim como os gases e a poeira cósmica, chega-se a um centésimo do total necessário. É verdade que uma das maiores descobertas dos últimos anos foi a matéria escura — assim chamada porque não emite luz e não pode ser observada diretamente. Ela pode estar na forma de planetas, ou de partículas subatômicas, como o neutrino. Mas, embora não haja dúvida sobre a existência desse universo oculto, não é certo que sua massa é o que falta para mudar o destino do Cosmo.

Que veio primeiro, o ovo ou a galinha? É possível que o próprio Universo tenha posto fogo ao rastilho de sua explosão. Se ele deixar de se expandir e voltar a encolher, espremendo toda a matéria à dimensão de um ponto, o resultado será nova explosão. Um renascer das cinzas que se repetirá eternamente. É o que se chama modelo oscilante de Universo, que alguns consideram o mais satisfatório, do ponto de vista filosófico. Para a Cosmologia, porém, essa é uma questão em aberto, pois ainda não se concebeu um meio de investigá-la cientificamente.

Porque o Big Bang não ocorreu em algum ponto, dentro de um espaço que já existia, e para o qual se possa apontar um telescópio. O próprio espaço e o tempo nasceram com a explosão primordial. Assim, não havia um "lado de fora", a partir do qual se pudesse observar a explosão. A radiação de fundo é um jorro de luz emitido centenas de milhares de anos após o Big Bang. Antes dessa época, o Universo era um caldo indevassável de partículas subatômicas, entrechocando-se a alta velocidade, e partículas de luz, os fótons.

O caldo era tão denso que os fótons não podiam viajar distâncias significativas entre um choque e outro, especialmente com os elétrons, a mais importante partícula de matéria, naquele tempo. Alta velocidade significa alta temperatura, mas esta estava caindo devido à expansão cósmica (os botijões de cozinha também esfriam quando se esvaziam rapidamente, ou seja, quando o gás se expande ao escapar do botijão). Assim, quando a temperatura desceu a 5 000 graus, chegou-se a um marco fundamental: os elétrons foram aprisionados em massa pelos prótons, pois já não eram rápidos o suficiente para evitar a atração que a carga positiva desses últimos exercia sobre a sua própria carga negativa.

Foi como nasceram os primeiros átomos na história do mundo. E uma das conseqüências disso foi a libertação da luz: sem elétrons soltos que pudessem barrar-lhe o caminho, os fótons passaram a viajar livremente em meio à matéria e encheram o Universo, formando a radiação de fundo. Chegam à Terra de todas as partes — e não de algum ponto específico — justamente porque o fenômeno que lhes deu origem ocorreu em todas as partes do Cosmo ao mesmo tempo, preenchendo-o por igual bilhões de anos atrás.

De lá para cá, a expansão cósmica deixou sua marca sobre os fótons, cuja "temperatura" caiu de 5 000 para 2,73 graus acima do zero absoluto, ou - 270, 27 °C (radiação, a rigor, não tem temperatura; é que sua energia equivale à de fótons emitidos por um corpo a 2,73 graus).

É difícil imaginar pergunta mais incômoda que esta, e o problema básico é que não se pode visualizar a resposta. Por exemplo, quando se desenha o Universo como uma bola, ou uma esfera, não significa que ele seja a bola toda — ele constitui apenas a superfície da bola. Assim, quando a bola é inflada, a superfície aumenta, simbolizando a expansão cósmica. Mas não se deve esquecer que a superfície esférica tem apenas duas dimensões, enquanto o Universo, de fato, tem três dimensões. O sacrifício é inevitável: só quem vivesse em quatro dimensões poderia desenhar um objeto de três dimensões em expansão. No Universo real, existe uma quarta dimensão, mas ela tem a ver com o tempo — e não há como recortar imagens no tempo. Pode-se dizer, então, que o espaço se expande no tempo. Ele constituiria a quarta dimensão em que o Universo está imerso.

Esse termo foi emprestado da economia num período de crise nos Estados Unidos, no início dos anos 80. Significa que o Universo passou por um período de expansão exagerada em sua infância, assim como a inflação usualmente indica aumentos excessivos nos preços. Imaginada pelo físico americano Alan Guth, foi uma espécie de explosão dentro da explosão, com conseqüências importantes sobre a evolução posterior do Cosmo. Uma delas é que, se realmente sofreu uma crise inflacionária, o Universo não se expandirá para sempre. Algum dia, a gravidade interromperá a dispersão das galáxias, embora sua força não seja suficiente para inverter o movimento e comprimir o Cosmo de volta ao estágio do Big Bang.

Ou seja, se Guth estiver certo, nem é preciso medir a massa do Universo: ela pode ser deduzida diretamente da teoria. A inflação, de certo modo, obriga o Cosmo a ter certa massa, e não uma outra qualquer. É um exemplo de como as teorias podem ser poderosas e, de um golpe, revelar fatos aparentemente difíceis de obter. Não é possível explicar as idéias de Guth em poucas palavras. Mas elas parecem resolver diversos problemas técnicos que vinham ocupando os cosmologistas há décadas.

Há certa polêmica em torno desse ponto. À primeira vista, parece não fazer diferença: tanto faz dizer de um jeito ou de outro. Mas uma coisa é subir, por exemplo, de um andar a outro de um shopping center, e outra fazer o trajeto parado numa escada rolante. No primeiro caso, é o caminhante que gasta energia no movimento; no segundo, é o shopping (a escada) que paga o preço do percurso. A resposta correta, com a qual concorda a maioria dos cientistas, é que o próprio espaço está se expandindo. Isso é o que diz a teoria da relatividade do alemão Albert Einstein, base da ciência cosmológica. Mas há quem se oponha.

Se o espaço se expande, dizem os críticos, então tudo o que ele abarca também se expande — inclusive as réguas, ou qualquer outro meio de medir distâncias. Portanto, nunca se perceberia a expansão, pois se as réguas crescem na mesma proporção que as distâncias, vão indicar sempre o mesmo valor. O erro desse raciocínio pode ser visualizado por meio de um balão de borracha ao ser inflado. À medida que isso acontece, vê-se que as galáxias participam da expansão geral, mas elas mesmas não aumentam porque cada uma forma um bloco coeso de matéria, capaz de resistir ao esticamento porque suas partes estão presas entre si pela força da gravidade. É por esse mesmo motivo que as galáxias podem ter movimentos próprios, em que alteram o movimento mais geral de afastamento, causado pela expansão. Muitas galáxias estão efetivamente se aproximando entre si, devido à atração gravitacional.

BIG BANG O UNIVERSO COMEÇOU COM UMA GRANDE EXPLOSÃO

Parece incrível, mas num passado remotíssimo toda a matéria que observamos hoje no Universo - distribuída em 100 bilhões de galáxias, cada uma com mais de 100 bilhões de estrelas, dentre as quais o nosso modesto Sol - pode ter estado tão extraordinariamente concentrada que caberia até com folga na ponta de uma agulha.

Nesse mundo, além de toda imaginação, a densidade da matéria atingiria o valor de 1090 quilos por centímtro cúbico - um número que se escreve com o algarismo 1 seguido de noventa zeros. A densidade das rochas comuns existentes hoje na terra é de apenas alguns gramas por centímetro cúbico. O Universo, então, seria não apenas superdenso, mas também superquente: a temperatura atingiria o fantástico patamar de 1031 graus Kelvin - mais de um bilhão de bilhão de bilhão de vezes a temperatura média do Sol.Por mais inacreditáveis que estas cifras possam parecer, elas correspondem a uma teoria sobre a origem do Universo aceita em quase todos os meios científicos do mundo - a Teoria do Big Bang (Grande Explosão). De acordo com ela, o Universo teria se originado numa explosão apocalíptica entre 15 e 20 bilhões de anos atrás. A situação que descrevemos refere-se a um instante apenas 10 - 43 segundos após o Big Bang - o algarismo 1 precedido de 42 zeros depois da virgula, - chamado Tempo de Planck.

Embora separado do instante inicial por uma fração ínfima de segundo, o Tempo de Planck não se confunde com o momento do Big Bang, porque a matéria energia passou por mudanças dramáticas naqueles pedaços infinitesimais de tempo que se sucedera à origem. O Tempo de Plack constitui o limite até onde chegam atualmente nossos conhecimentos teóricos numa viagem regressiva rumo ao marco zero. A partir daí, ou melhor, antes disso é impossível de ser descrita nos termos dos conhecimentos atuais da Física. Podemos especular que, à medida que nos aproximamos ainda mais desse instante inicial, chamado de estado de singularidade pelos cientistas, o volume do Universo tende a zero enquanto a densidade e a temperatura tendem ao infinito.

A Teoria do Big Bang é uma das mais belas realizações intelectuais do século. Para o seu desenvolvimento contribuíram dois ramos do conhecimento que, há apenas algumas décadas pareciam muito distantes: a ciência do macrocosmo, o infinitamente grande, e a ciência do microcosmo, o infinitamente pequeno. A Cosmologia e a Astrofísica, por uma lado, e a Física das partículas elementares ou Física subatômica, por outro. Curiosamente, os pais fundadores do Big Bang não eram nem astrônomos nem físicos de partículas. Um deles, Alexander Friedmann (1888-1925), era um meteorologista e matemático russo; o outro, o abade Georges Lemaitre (1894-1966), era um padre e matemático belga.

Trabalhando cada qual por seu lado, como tantas vezes acontece na ciência, Friedmann e Lemaitre chegaram a conclusões muito semelhantes a partir de um desenvolvimento puramente matemático da Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein (leia artigo na página 58). Einstein acreditava que a atração gravitacional entre os corpos decorria de uma curvatura do espaço-tempo provocada pela presença da matéria. Friedmann e Lemaitre partiram das complicadas equações de campo gravitacional de Einstein e, como ele, adotaram a hipótese de um Universo, homogêneo no espaço.Mas, ousadamente, descartaram a idéia de Eisntein de um Universo imutável no tempo. Isso lhes permitiu chegar, entre 1922 e 1927, a um conjunto de soluções simples para as equações. O Universo que essas soluções descreviam estava em expansão em todas as direções com as galáxias se afastando umas das outras. Essa expansão teria se originado a partir da singularidade , um ponto matemático de densidade infinita.

Em 1929, o astrônomo norte-americano Edwin Hubble (1189- 1953) fez uma descoberta sensacional que trouxe a primeira prova a favor da tese da Grande Explosão. Com o gigantesco telescópio do observatório do monte Wilson, na Califórnia, Hubble descobriu que o espectro da luz proveniente das galáxias distantes apresentava um red-shift - desvio para o vermelho - e que esse desvio era tanto maior quanto mais distante estivesse a galáxia, observada em relação à nossa própria galáxia, a Via Láctea.A explicação de Hubble era de que este fenômeno se devia ao efeito Dopler, bastante conhecido pelos físicos desde o século passado (veja quadro na página 44). A conclusão ficava evidente. Se a luz desviava para o vermelho era porque essas galáxias estavam se afastando de nós, e se esse desvio era tanto maior quanto mais longe estivesse a galáxia, isso significava que a velocidade de afastamento crescia com a distância. Para um astrônomo situado numa galáxia distante, também a luz emitida pela Via Láctea apresentaria um desvio para o vermelho. Pois é o Universo como um todo que está em expansão.Ora, se tudo está se afastando no Universo, é possível imaginar uma época remotíssima em que tudo estivesse extremamente próximo. Essa seria a época do Big Bang. Quando isso pode ter ocorrido? O termo que relaciona a velocidade de afastamento ou recessão das galáxias com a distância é conhecido como constante de Hubble. O tempo desde o início da expansão, calculado a partir da constante, dá algo entre 15 e 20 bilhões de anos.

A descoberta de Hubble trouxe um poderoso argumento a favor do Big Bang. Não foi, porém, um argumento conclusivo. Tanto assim que, no final dos anos 40, quem propusesse um modelo alternativo, a Teoria do Estado Estacionário (veja quadro na página 42): Em 1964, porém uma descoberta puramente acidental iria representar um golpe demolidor nesse modelo rival.

Dois radiastrônomos, o germano-americano Arno Penzias e o norte-americano Robert Wilson. trabalhando com uma gigantesca antena de sete metros da Bell Telephone dos Estados Unidos descobriram um fraquíssimo ruido de rádio que vinha de todas as direções do céu ao mesmo tempo. Ao longo dos meses. embora 05 movimentos de rotação e translaçao da Terra voltassem a antena para todas as regiões do firmamento. o sinal mantinha sua intrigante regularidade.

Finalmente. Penzias e Wilson tomaram conhecimento de que na prestigiosa Universidade de Princeton um grupo de físicos liderados por Robert Dicke havia deduzido teoricamente a existência de uma fraquíssima radiação de fundo. que deveria preencher uniformemente o espaço. Seria uma espécie de resíduo fossil da superesc aldante sopa cósmica de matéria e energia que. pela Teoria do Big Bang. constituía o Universo pouco tempo depois da Grande Explosão. Com a expansão do Universo. a densidade da energia teria diminuído progressivamente. o que provocou um resfriamento - pelo mesmo motivo que um gás. ao se expandir. resfria —. até chegar a uma temperatura de aproximadamente três graus Kelvin. poupo acima do zero absoluto.

Em condições normais, o átomo é formado por três partículas elementares: próton, elétron e nêutron. Delas porém, talvez apenas o elétron possa ser considerado realmente elementar; o próton e o nêutron seriam constituídos de partículas ainda menores - os quarks.Se fosse possível empreender uma viagem de volta à origem do Universo, quando se chegasse a cerca de 300 mil anos depois do Big Bang, as temperaturas já seriam tão altas que romperiam as estruturas dos átomos, arrancando os elétrons de suas nuvens em torno dos núcleos atômicos. Ao se ultrapassar, nessa contagem regressiva, o terceiro minuto depois do Big Bang, os próprios núcleos começariam a se desintegrar, liderando os prótons e os nêutrons neles aprisionados. Na marca de um milionésimo de segundo depois do Big Bang, até os prótons e nêutrons seriam fragmentados nos quarks que os constituem.

Essa viagem de volta à origem termina por enquanto no Tempo de Planck, localizado, como vimos, apenas dez milionésimos de bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de segundo depois do Big Bang. Os físicos especulam, porém, que, quando seu arsenal teórico permitir ultrapassar a barreira do Tempo de Planck, talvez se encontre um Universo de insuperável simplicidade. Toda a matéria se apresentaria sob a forma de um único tipo de partícula e as quatro forças existentes no mundo atual - a gravitacional, a eletromagnética, a nuclear forte e a nuclear fraca - estariam unificadas num mesmo tipo de força. A própria distinção entre partícula e força provavelmente não teria qualquer significado.Isso por ora é uma simples suposição. Mas a ciência tem dado passos concretos para verificar sua validade.

A unificação entre a força eletromagnética e nuclear fraca, proposta teoricamente nos anos 60 pelos norte-americanos Steven Weinberg e Sheldon Lee Glashow e pelo paquistanês Abdus Salam - os três ganhadores do prêmio Nobel de Física de 1979 - foi confirmada em 1983, com a descoberta das partículas que transportam a forca nuclear fraca, previstas pela teoria da unificação.

Essa descoberta, que deu ao italiano Carlo Rubbia 0 Nobel de Física de 1984, foi obtida no gigantesco acelerador de partículas da Organização Européia de Pesquisas Nucleares (CERN). localizada em Genebra. Suíça, e envolveu um nível de energia igual ao que poderia ser encontrado na Universo primitivo dez bilionésimos de segundo depois do Big Bang. Assim, a teoria e a experimentação vão nos aproximando cada vez mais da origem do Universo. Nessa escalada do conhecimento, o zero é o limite.

Estado Estacionário contra a Grande Explosão

Em 1948 três jovens cientistas da Universidade de Cambridge. Inglaterra o inglês Fred Hoyle e os judeus austriacos Hermann Bondi e Thomas Gold - iniciaram uma atrevida cruzada contra a Teoria do Big Bang. Sua arma era outra teoria, a do Estado Estacionário, que procurava a justar a evidência indiscutível do afastamento das galáxias, descoberto por Hubble. ao chamado Principio Cosmológico Perfeito. Este supõe um Universo infinito e homogêneo no espaço. eterno e imutável no tempo.A idéia é a seguinte: se o Universo estava em expansão e entretanto se mantinha imutável. era porque nova matéria estava sendo continuamente criada para ocupar o espaço deixado vazio pela matéria que se afastava. Dessa forma a densidade média do Universo se manteria constante. Para isso, bastaria que fosse produzido um próton de massa para cada mil centímetros cúbicos de espaço a cada biIhão de anos - uma quantidade tão fantasticamente pequena que deveria escapar à mais acurada observação. No entanto. consideradas as dimensões do universo observável. essa mesma quantidade produziria a cada segundo nada menos de 10" toneladas de matéria ou I seguido de " zeros.De onde viria essa matéria? "Do nada", responderam os cientistas A idéia soa absurda, não há dúvida Mas também a Teoria do Big Bang não diz de onde veio a matéria que deu origem ao Universo. Por isso, perguntava o físico Thomas Gold: "Será mais fácil admitir um único grande milagre do que vários pequenos milagres?" A Teoria do Estado Estacionário, para seus defensores, tinha pelo menos a vantagem de evitar a desconcertante singularidade de que fala o modelo do Big Bang.Segundo Fred Hoyle, que além de físico e astrônomo é renomado escritor de ficção científica, a própria criação continua de matéria provocaria a ininterrupta expansão do Universo, porque a matéria nova, ao surgir, produziria uma espécie de pressão para fora, capaz de empurrar a matéria já existente. Ademais, a hipótese da criação contínua conseguia explicar por que, num Universo supostamente eterno, o hidrogênio continuava a ser de longe o elemento mais comum.Como Hoyle estava convencido de que os elementos mais pesados decorriam da fusão do hidrogênio no interior das estrelas - no que a ciência posteriormente lhe daria razão—, era preciso que hidrogênio novo fosse criado continuamente para substituir o hidrogênio consumido nas fornalhas estelares. A década de 50 assistiu a um debate até hostil entre os partidários do Big Bang e os do Universo estacionário. Os primeiros acabaram ganhando a parada com a descoberta de Penzias e Wilson da radiação de fundo das microondas cósmicas. Os outros foram vencidos, mas não ficaram convencidos.Pois as microondas descobertas por Penzias e Wilson correspondiam exatamente a um tipo de emissão de uma fonte a três graus Kelvin. O fato de a radiação ser recebida da mesma forma de todas as direções do espaço significava que ela provinha do Universo como um todo - era uma característica dele. Era a mais espetacular prova material a favor do Big Bang desde a recessão das galáxias de Hubble.A partir de então, a Teoria do Big Bang foi alimentada principalmente pela Física das partículas elementares' que investiga as diminutas regiões do interior do átomo. Esse fato parece paradoxal, mas é que, nas altíssimas temperaturas do Universo primitivo, a matéria estava desintegrada nas partículas elementares que a constituem. Pode-se ter uma idéia de como essa matéria se comportava utilizando os grandes aceleradores de partículas existentes nos principais centros de pesquisa do mundo. Neles. as partículas subatômicas são aceleradas até alcançar altíssimas velocidades e levadas a colidir umas com as outras; a partir dos resultados da colisão, é possível investigar sua natureza. Pouco depois do Big Bang, o Universo era um fantástico acelerador de partículas.

Efeitos de som e luz

Você talvez não saiba, mas, se alguma vez ficou esperando um trem na-plataforma de uma estação, já deve ter entrado em contato com o efeito Doppler. Ele se manifesta assim: o apito do trem parece mais agudo quando a locomotiva se aproxima do observador na estação e mais grave quando o trem dele se afasta; para o maquinista, porém o som parece sempre igual. O motivo é que, quando o trem se aproxima, o comprimento das ondas sonoras diminui em relação ao observador, o que faz com que o som se torne mais agudo; quando o trem se afasta, o comprimento das ondas sonoras aumenta e o som fica mais grave.O mesmo efeito ocorre com a luz. Quando uma fonte de luz se aproxima suficientemente depressa de um observador, este a receberá com menor comprimento de onda; o contrário acontece quando a fonte se afasta. No primeiro caso, o espectro da luz apresenta um desvio para o azul; no segundo, para o vermelho.

NOS CONFINS DO TEMPO

Na maior naturalidade, os cientistas lidam com números de tirar a respiração de qualquer um — desde bilionésimos de segundo (e muito menos ainda) a bilhões de anos (e ainda muito mais). Assim, conseguem conceber o Big Bang, o início do Universo, numa fração de tempo da ordem de 10-43 de segundo. E estimam que toda a matéria terminará dentro de buracos negros em 10-30 anos.

A Física moderna não deixa por menos: com a ajuda de um mesmo conjunto de leis, propõe-se a explicar o que acontece tanto no universo microscópico do átomo quanto na colossal imensidão do Cosmo. Isso, entre muitas outras conseqüências, torna extremamente difícil conciliar as portentosas escalas de tempo relacionadas com os fenômenos naturais, que ocorrem no muitíssimo grande e no muitíssimo pequeno. Basta ver, por exemplo, que a vida média de uma estrela é da ordem de 10 bilhões de anos, ao passo que as partículas existentes no átomo morrem, renascem e voltam a morrer e a renascer 1 milhão de vezes no fugaz intervalo de 1 segundo.

Um modo de lidar melhor com esses números formidáveis consiste em substituir a duração do tempo pelas distâncias percorridas pela luz, sabidamente a personagem mais veloz do Universo. Assim fica relativamente fácil visualizar e comparar as dimensões medidas. Em 10 bilhões de anos, por exemplo, a luz pode atravessar algo como a metade do Universo; mesmo no espaço de 1 segundo ela viaja 300 mil quilômetros. No entanto, durante a curta vida de uma partícula subatômica, o espaço percorrido não ultrapassará meros 300 metros. Comparações semelhantes permitem traduzir toda a longa escada do tempo, do nascimento ao fim do Universo.

Na medida em que as unidades de tempo tendem a se tornar incrivelmente grandes ou pequenas nos distantes limites da realidade, é útil recorrer a um expediente comprovadamente prático — as potências de 10. Assim, em vez de escrever mil usando o algarismo 1 seguido de três zeros (1000), emprega-se o símbolo 103. O expoente é sempre igual à quantidade de zeros da expressão numérica — no caso, três. Ou seja, 10 000, com quatro zeros, escreve-se 104 e assim por diante. O mesmo vale para números menores do que 1: basta contar quantos algarismos existem à direita da vírgula. Um milésimo de segundo, por exemplo, pode ser expresso sob a forma 0,001. Ou, por causa dos três algarismos depois da vírgula, 10-3. Um décimo milésimo (0,0001) é 10-4, e por aí afora. As potências assinalam as etapas das viagens aos confins do tempo.

Do maior para o menor

1 segundo Um segundo é um intervalo de tempo muito curto, mas mesmo assim pode-se percebê-lo. Os primeiros a medir o segundo com precisão foram os babilônios, há 3 mil anos. Eles tinham uma escala de números dividida em sessenta partes — e não em dez como no sistema numérico atual. No caso do relógio, herdou-se esse costume, pois o dia tem 24 horas — o que corresponde a dois quintos de sessenta —, a hora tem 60 minutos e o minuto, 60 segundos.

A medida de um segundo, obtida matematicamente, tem no entanto muitos correspondentes naturais. Na fisiologia humana, por exemplo, é o tempo que dura uma batida do coração em condições normais. Já no que se presume seja a história do Universo, foi ao fim do primeiríssimo segundo que se formaram as mais leves partículas fundamentais da matéria, como o elétron. Não eram importantes, nesse começo de tudo, as partículas mais pesadas, como o próton. Elétrons e prótons acabarão por se juntar no interior das estrelas, para formar os átomos dos elementos químicos oxigênio, carbono, ferro e tantos outros.

10-1

Quando se divide 1 segundo por 10, o intervalo de tempo resultante começa a se afastar de qualquer coisa perceptível no mundo cotidiano. A limitação não é uma exclusividade humana. Os caramujos, por exemplo, não conseguem distinguir um fato que aconteça um décimo de segundo depois de outro: ambos os eventos se misturam em seu cérebro. Mas para a luz, que corre à velocidade máxima possível no Universo — 300 mil quilômetros por segundo —, esse tempo fugaz é bem longo: o suficiente para dar uma volta inteira em torno da Terra.

A percepção humana alcança o seu limite perto da milésima parte de segundo. O ouvido já não consegue captar um som emitido 2 milésimos de segundo depois de outro. Assim, uma sucessão de apitos com esse intervalo parece um único apito contínuo. Não obstante, essa escala de tempo é muito comum nas reações químicas que ocorrem no organismo humano: quando uma célula se multiplica, dividindo-se em duas, a substância responsável pelos traços hereditários em seu interior, conhecida como DNA (ácido desoxirribonucléico), gira em torno de si mesma em exatamente 1 milésimo de segundo. Essa rotação permite à molécula de DNA formar uma cópia de si própria, de modo que cada nova célula gerada pelo processo de divisão acaba tendo a sua substância da hereditariedade.

Outros acontecimentos podem ser medidos nesse intervalo de tempo: as minúsculas asas da mosca batem uma vez; o avião mais rápido do mundo — o jato americano SR-71 Blackbird — percorre 1 metro em vôo. Na história do Universo, o primeiro milésimo de segundo marca o momento em que a luz se desembaraça da matéria superdensa e passa a se expandir livremente, como uma espécie de brilho do Big Bang, a grande explosão que deu origem ao mundo.10-6

Em um microssegundo, a milionésima parte de um segundo, a luz percorre 300 metros. Após o Big Bang, foi quando surgiram os prótons e outros "tijolos" usados na construção dos átomos, como os nêutrons. Um microssegundo é também todo o tempo de vida dos múons, partículas da família dos elétrons que, justamente por essa existência efêmera, não têm papel relevante na estrutura da matéria comum, isto é, nos átomos e moléculas.

10-10

A Física moderna, como é notório, foi muito além dos babilônias: ela já não define o segundo como a sexagésima parte do minuto, mas como o tempo que um átomo de césio demora para vibrar 10 bilhões de vezes. Assim, os mais refinados relógios são acertados de acordo com o tempo de vibração do átomo de césio, 1 décimo bilionésimo de segundo. Na história do Universo, esse instante coincidiu com o aparecimento da força eletromagnética, aquela que faz funcionar as pilhas e também cria o poder de atração dos ímãs. Antes disso, o eletromagnetismo não se distinguia da força nuclear fraca, cujo efeito hoje é totalmente diverso, pois provoca a emissão de radioatividade em substâncias como o urânio.

10-15 Pouco a pouco, os intervalos de tempo se tornam ínfimos demais para serem medidos com as grandes unidades tradicionais, como o segundo. Surgiu por isso o femtossegundo, um quatrilhão de vezes menor do que 1 segundo. A luz demora pelo menos 200 femtossegundo, para percorrer a largura de um fio de cabelo, que em média é dez vezes mais fino que 1 milímetro. O mais curto lampejo de raio laser que se consegue produzir no laboratório dura ainda 10 femtossegundos.

10-18 O attosegundo é uma unidade de tempo mil vezes menor que o femtossegundo e mil quatrilhões de vezes menor que 1 segundo. É um instante tão fantasticamente breve que durante ele a luz percorre apenas a irrisória distância equivalente a três átomos de hidrogênio enfileirados (para formar 1 centímetro é preciso enfileirar 100 milhões de átomos iguais a esse).

10-23 No mundo velocíssimo do interior dos átomos, o tempo se torna mera sombra do segundo. O tempo de 10-23 segundos, por exemplo, é 100 milhões de quatrilhões de vezes menor que o segundo. É quanto a luz demora para percorrer uma distância igual ao diâmetro de um próton, uma partícula 100 mil vezes menor que o átomo de hidrogênio.10-35

Esse instante, na história do Universo, marca o aparecimento da força nuclear forte, ou seja, uma nova forma de interação das partículas. Até então, havia apenas duas interações: a força gravitacional e aquela que devia reunir as interações nucleares fraca e forte e ainda o eletromagnetismo. Em 10-35 segundos depois do Big Bang, a força nuclear forte passou a causar um novo efeito sobre as partículas, que só se verifica hoje nas reações atômicas.

10-43É o chamado tempo de Planck, o mais breve momento que a Física pode imaginar — e uma homenagem ao cientista alemão Max Planck (1858 - 1947), Prêmio Nobel de Física de 1918. Por isso o conhecimento do Universo só vai até esse ponto: é como se ai tivesse ocorrido o Big Bang. Antes disso, as teorias dão respostas contraditórias ou paradoxais. Algumas especulações recentes imaginam que em sua mais tenra idade o Universo estava vazio: ainda não havia matéria porque toda a energia disponível servia para dar forma harmônica ao espaço e ao tempo. A quebra dessa harmonia primordial teria feito a energia pipocar dentro do Universo sob a forma de partículas materiais.

Do menor para o maior

1 ano Qual o maior intervalo de tempo que se pode medir no Universo? A resposta a essa pergunta deve começar com os seres vivos, cuja existência é relativamente curta; mas em seguida é preciso pensar nas estrelas, que vivem muito tempo. A unidade é sempre o ano, o período que a Terra consome para dar uma volta completa em torno do Sol, num percurso de 1,35 bilhão de quilômetros.102

Entre os animais superiores, apenas alguns vivem mais de 100 anos, como o homem, em casos excepcionais, e as tartarugas, que chegam a 200 anos. Algumas árvores, como a sequóia americana, se aproximam dos 5 mil anos de idade.

104 Dez mil anos medidos no passado indicam a época em que apareceram as primeiras cidades, como, por exemplo, Jericó, na Palestina, citada na Bíblia. Ao fim de 10 mil anos, um caramujo que se deslocasse à velocidade de 100 metros por hora teria viajado 9,5 milhões de quilômetros. Isso é bem além da Lua, que fica a cerca de 400 mil quilômetros da Terra, mas não o suficiente para o imaginário caramujo desembarcar em algum planeta.106

Para chegar à origem do gênero humano seria preciso recuar no tempo mais de 1 milhão de anos, quando vivia o Homo erectus, um ancestral que sabia usar fogo e fabricar instrumentos de pedra um pouco menos primitivos do que os do Homo habilis, que o antecedeu na escala evolutiva. Depois de viajar 1,5 milhão de anos, o caramujo imaginário alcançaria o planeta Saturno.108

Antes de os mamíferos ocuparem o planeta, os seres dominantes eram os répteis, cujos representantes modernos são os jacarés, as cobras e os lagartos. Mas, há 100 milhões de anos, os reis da Terra eram os dinossauros, cuja extinção é um dos maiores mistérios da história da vida na Terra e motivo de intermináveis discussões entre os cientistas. Nesse intervalo de tempo, o caracol imaginário viajaria muito além de todos os planetas conhecidos e estaria cruzando a região povoada por pequenas pedras de gelo, nas fronteiras do sistema solar, onde nascem os cometas e por onde começa a passear a nave espacial Pioneer 10.1010

A escala de 10 bilhões de anos serve para medir a idade presumível do Universo. Os físicos chegaram a essa ordem de grandeza tomando como referência as transformações radioativas dos átomos na Terra e a composição química das estrelas, analisada a partir da luz que elas emitem. Os estudos indicam que o Universo tem no máximo 20 bilhões de anos, o maior intervalo de tempo já decorrido. Mesmo assim, a aventura do lerdo caramujo o teria levado apenas à metade da distância da estrela mais próxima, Alfa Centauri, a 4 anos-luz da Terra.1020

Quando se multiplica a idade do Universo por dez bilhões, o período obtido é imenso — bastante descomunal para que as estrelas tenham desaparecido. Mais cedo ou mais tarde, com efeito, todas elas desmoronam sob o próprio peso. A gravidade nesses escombros é tão alta que os novos astros resultantes, chamados pulsares, são formados por partículas nucleares, os nêutrons. Eles estão de tal modo compactados que uma estrela do tamanho do Sol ficaria reduzida a uma esfera com um raio equivalente ao do centro de São Paulo, cerca de 3 quilômetros. Em alguns casos, os próprios nêutrons seriam esmagados, transformando a estrela em um buraco negro. Nessa época, finalmente, o caramujo chega aos confins do Universo conhecido.1030

Enfim, toda a matéria do Universo termina dentro de buracos negros. Apenas uma ou outra pequena estrela, já morta, vaga, solitária, entre os grandes vórtices negros que a essa altura perfuram a estrutura do espaço por todos os lados. São abismos pelos quais se pode "cair fora" do mundo. Para onde, a Ciência ainda não sabe dizer. Logo em seguida, as partículas pesadas, como os prótons, começam a se desintegrar, fragmentando-se em partículas mais leves, como os elétrons.1065

No tempo de 1065 anos, os próprios buracos negros começam a evaporar-se rumo à "morte térmica", que parece ser o destino final do mundo. De acordo com a lei segundo a qual o calor sempre corre dos corpos mais quentes para os mais frios — e nunca no sentido inverso —, toda a matéria terminará por se transformar em simples radiação. Isto é, uma forma de matéria desestruturada, monotonamente distribuída por igual. Depois de virtualmente incontáveis milênios, a radiação pode voltar a se concentrar em buracos negros — mas apenas para tornar a escapar em seguida. Os físicos imaginam incríveis períodos de tempo, estendendo-se até 102 000 anos, onde nada mais acontece. E um retrato desolador do que a Ciência pensa ser a eternidade.

MOTIM A BORDO

As leis que explicam o nascimento e a evolução do Cosmo se fortalecem a despeito do grande número de críticas e tentativas de reformular o conhecimento atual.

"Existem muitas dúvidas de que o universo surgiu de uma grande explosão. As observações sugerem que ela talvez nunca tenha existido. "

"Uma certa dose de ceticismo é saudável, mas não há nenhuma contradição bem estabelecida contra a teoria do big bang".

Desde que a moderna ficção científica ganhou impulso e se popularizou, nos idos da década de 50, todos os seus autores tiveram que encontrar algum meio de superar a velocidade da luz e tornar a duração das viagens interestelares compatível com o curto período de vida dos seus heróis. Desde então, uma das mais usadas invenções literárias é a do hiperespaço, espécie de dimensão extra na qual as distâncias seriam, por natureza, muito mais curtas do que os trajetos ordinários. Não menos célebre, a nave Enterprise, do seriado Jornada nas Estrelas, emprega motores graduados em imaginárias "dobras" de superpotência para burlar, com maior ou menor rapidez, o limite imposto pelas leis da Física.

É uma pena que as coisas não sejam tão simples na vida real. A bordo de uma nave como a Enterprise, talvez fosse mais fácil elucidar inúmeros pontos obscuros que ainda persistem a respeito da origem e da evolução do Universo. Também aqui estão em jogo criações engenhosas do espírito, como a própria teoria do Big Bang (ou grande explosão), segundo a qual o mundo tomou forma há cerca de 15 bilhões de anos, na mais formidável explosão de que se tem notícia. Mas a ciência, ao contrário da ficção, não pode se contentar com as aparências: tem de encontrar fatos que sustentem suas teorias. E sempre que técnicas e instrumentos evoluem, expandindo a esfera do conhecimento, é preciso mostrar que as teorias continuam a espelhar a realidade.

Esse é o desafio com que se defronta agora a teoria do Big Bang. Embora tenha se consolidado desde a década de 30 como o melhor modelo do Cosmo, apoiado por ampla maioria, ela não governa sem oposição. E as críticas são tantas, atualmente, que quase se transformam numa revolta contra o saber vigente. A fonte que as alimenta, sem dúvida, é a imensa riqueza de informações coletadas no céu. Basta ver que os alemães Josef Hoell e Wolfgang Priester, da Universidade de Bonn acreditam ter reunido dados para nada menos que duplicar a idade estimada do Universo. Também não faltam novas idéias — ao contrário, há quem reclame que elas são excessivas, como o astrônomo americano Marc Davis, da Universidade da Califórnia.

"Não se pode inventar um princípio físico diferente cada vez que se depara com um novo fato", pondera. Inúmeros pesquisadores, no entanto, parecem ter adotado a bandeira dos protestos estudantis de 1968: "todo o poder à imaginação". Vale a pena citar como exemplo a intrigante tese de que o Universo se comporta de modo análogo aos seres vivos, defendida pelo teórico Lee Smolin, da Universidade Siracusa, nos Estados Unidos. Volta e meia, imagina o cientista, o vácuo se abriria para dar à luz rebentos, ou universos bebês. É, sem dúvida, uma proposta estranha, mas não despropositada.

O parto cósmico consistiria numa espécie de inversão daquilo que se pensa ocorrer-nos conhecidos buracos negros, astros cuja marca registrada é uma densidade sem limites. A partir de certa concentração crítica — que seria alcançada, por exemplo, se a massa do Sol fosse três vezes e meia maior do que é —, não há força na natureza capaz de impedir que a gravidade comprima a matéria indefinidamente. O resultado seria um astro sem corpo, um volume cheio de matéria em eterno desmoronamento. Smolin considera que tais "volumes negros" podem gerar "volumes brancos" de matéria em descompressão. Levando a analogia ainda mais longe, ele diz que os recém-nascidos talvez não fossem todos iguais. Cada um deles poderia ser mais ou menos propenso a gerar buracos negros e, conseqüentemente, ter maior ou menor capacidade de procriar.

O resultado final seria um zoológico de mundos disputando entre si o direito de povoar o espaço, com vantagem para os de maior prole. Essa proposta revela o grau de sofisticação alcançado pela pesquisa moderna. Mas não preconiza, necessariamente, a derrubada da teoria predominante. No jargão político, Smolin receberia o epíteto de reformista, enquanto outros se candidatam efetivamente à alcunha de xiitas da Cosmologia.

Entre estes últimos se encontram respeitáveis figuras como o inglês Fred Hoyle e os americanos Geoffrey Burbidge e Halton Arp, todos com uma polpuda folha de serviços prestados à ciência. "As inúmeras dúvidas existentes sugerem que talvez nunca tenha havido um Big Bang", escrevem eles em um artigo recentemente publicado na revista inglesa Nature. Ao lado de inúmeros outros, eles põem em dúvida nada menos que a lei fundamental de expansão do Cosmo, descoberta pelo astrônomo americano Edwin Hubble, há 65 anos.

Ao estudar galáxias mais ou menos próximas, Hubble percebeu, surpreso, que essas grandes ilhas de estrelas não estavam simplesmente flutuando no vazio. Estavam se afastando a grande velocidade em todas as direções. Concluiu então, em vista disso, que o Universo inteiro estava se expandindo — ou seja, as galáxias fugiam umas das outras da mesma maneira que os fragmentos de uma granada ao explodir. O choque provocado por esse golpe de gênio transparece num depoimento recente de um brilhante teórico, o inglês Stephen Hawking. Precoce, ele conta que era estudante secundarista quando começou a refletir sobre o afastamento das galáxias. "Mas não acreditei naquela conclusão. Parecia muito mais natural que o Universo fosse estático — caso contrário, o que teria dado início à expansão?"

Apesar de não dar solução a esse tipo de enigma, a teoria do Big Bang responde a indagações de importância fundamental. Ela explica, por exemplo, como nasceram os átomos mais simples, dos quais foram feitos todos os outros. É até difícil acreditar que uma teoria tão abstrata, construída com base em tão esparsos fatos concretos, possa levar a uma conclusão de impacto direto sobre a existência da vida e de toda a humanidade. Mas já não há dúvida de que os átomos começaram a ser moldados cerca de 1 segundo após a explosão primordial. Mais do que isso, sabe-se precisamente quais foram os elementos produzidos e a exata proporção que cada um deles representa da matéria-prima original.

Inúmeros cálculos, cuidadosamente refinados desde a década de 40, mostram que esses matusaléns das substâncias se resumiam a apenas três: hidrogênio, hélio e lítio. São justamente os três primeiros itens da tabela periódica (na qual o russo D.I. Mendeleyev e outros químicos do século passado classificaram os átomos em ordem crescente de complexidade, dos mais leves aos mais pesados). Até 76% da massa total do Universo foi transformada em hidrogênio, e quase todo o resto, perto de 24%, tomou a forma de hélio. O lítio poderia ser considerado como mera impureza das caldeiras cósmicas: forjou-se na proporção de um átomo para cada 10 bilhões de átomos de hidrogênio.

De acordo com a teoria todos os outros átomos existentes, de um total de quase 100, nasceram muito mais tarde, no interior das estrelas. Atualmente, a massa de todos eles mal chega a 2% da massa original de hidrogênio e hélio, a partir dos quais foram sintetizados. É importante notar que Enterprise nenhuma poderia cruzar o vazio na "era atômica", pois ainda não existiam galáxias, os habitantes por excelência do Universo atual. Devido ao curto tempo de expansão, apenas um segundo depois do Big Bang, a extensão total do espaço era ainda ínfima, 10 bilhões de vezes menor que hoje. Além disso, como tudo aquilo que se comprime, se aquece, a temperatura alcançava 10 bilhões de graus C, mil vezes maior que a encontrada no cerne do Sol.

Em outras palavras, a Astronomia ainda não existia, e o Cosmo inteiro constituía um tremendo reator nuclear. Não é por outro motivo que se podem calcular as suas propriedades com tamanha acuidade: a Física nuclear é muito bem conhecida, tanto por meio do estudo das estrelas, como das usinas e bombas atômicas construídas na Terra. Mesmo assim, ainda há margem para dúvidas. Análises aprimoradas das mais velhas estrelas, por exemplo, revelam quantidades aparentemente excessivas de berílio e boro, átomos que seguem o hidrogênio, o hélio e o lítio na tabela periódica dos elementos. Em vista disso, é cabível questionar, em contradição com os cálculos convencionais, se tais excessos não teriam se originado nos primórdios do tempo.

Alguns dos cientistas que garimpam átomos nas estrelas acreditam que essa possibilidade não apenas existe como, de quebra, poderia resolver um dos mais desconcertantes mistérios do Cosmo. Trata-se da matéria escura, ou matéria perdida, como foi inicialmente designada. A questão é tão simples quanto polêmica: não se sabe onde estão 99% da matéria do Universo, já que, aparentemente, tudo aquilo que se vê — na forma de galáxias, estrelas ou brilhantes nuvens de poeira e gás — constitui apenas 1% do total. Hawking dramatiza o problema da seguinte maneira: "Ou existe uma outra forma de matéria além da que podemos detectar, ou nossa compreensão do Universo primitivo está completamente errada".

Há diversos motivos para se pensar assim, mas o principal é o fenômeno da inflação cósmica, cuja descoberta, do teórico americano Alan Guth, foi uma das mais importantes dos últimos vinte anos. Embora não tenha nada a ver com as atribulações terrenas, a inflação cósmica ganhou esse nome devido à fase de rápido aumento de preços que assolou a economia americana nos anos 70. E ela realmente revela um momento de profunda crise na história do Cosmo. Em poucas palavras, Guth descobriu que, imediatamente depois de iniciado, o Big Bang repartiu-se num vasto número de fragmentos — e todo o Universo se originou de um único fragmento desses.

Antes de mais nada, tal fato explica a luz extremamente uniforme emitida pela grande explosão primordial. Detectadas ainda hoje na forma de débeis ondas de rádio e denominadas radiação de fundo, tais emissões são espantosas porque emanam ao mesmo tempo de todos os pontos do céu, como se o Cosmo inteiro estivesse se comunicando com a Terra. E não importa em que direção se aponte a antena: elas têm sempre a mesma intensidade, ou a mesma temperatura, num conceito mais refinado. O satélite americano COBE, que fez o último e mais acurado mapeamento celeste desse sinal cósmico, estabeleceu sua temperatura em exatos 270,42 graus Celsius negativos, ou 2,73 graus acima do zero absoluto.

Essa incrível uniformidade, no entanto, só pode ter sido alcançada porque o volume original do Universo era muito pequeno e denso. Assim, todas as suas partes podiam se misturar e trocar energia umas com as outras, de modo que todas elas detinham a mesma quantidade de energia, na média, e emitiam luz precisamente da mesma maneira. Nada parecido ocorreria se o Universo tivesse evoluído a partir de todo o Big Bang. Por uma simples razão: não haveria tempo de todas as suas partes se contatarem, mesmo à velocidade da luz. Nesse caso, apenas por milagrosa coincidência emitiriam luz de maneira uniforme — um fato que sempre alimentou críticas à teoria vigente. Guth livrou-a desse defeito original. Mas, ao mesmo tempo, abriu a temporada de caça à matéria escura, como explica o astrofísico americano David Schramm no excelente livro que escreveu com o físico Michael Riordan, The Shadows of Creation, "As sombras da criação", em tradução literal. "Se a inflação é realmente um fato, deve haver muito mais matéria no Universo do que antes se pensava." Os cálculos mostram que a matéria luminosa, ou detectável por meio dos instrumentos atuais, representa apenas 1% do total produzido pela inflação. Um dos maiores defensores do Big Bang, Schramm demonstra confiança na possibilidade de, mais cedo ou mais tarde, se desvelar a parte oculta desse iceberg.

Uma parte da massa escura já foi, na verdade, descoberta: ela pode ser formada por planetas muito distantes de qualquer estrela; poeira e gases excessivamente frios, ou estrelas-anãs, pequenas demais para brilhar de maneira perceptível. De modo indireto, é possível deduzir a presença desses corpos no corpo das galáxias ou na gigantesca estrutura dos superaglomerados, que às vezes reúnem milhares de galáxias. A pista, no caso das galáxias, é a alta velocidade de rotação das estrelas distantes do centro: se a única massa presente fosse a da matéria visível, a velocidade de rotação seria bem menor que aquela efetivamente medida. Tudo indica que as galáxias estão imersas numa grande esfera de matéria sem luz.

O mesmo se pode dizer dos aglomerados e superaglomerados, cujas peças brilhantes, as galáxias, se prendem firmemente umas às outras como monumentais carrosséis. Estima-se que a massa denunciada pelos excessos de velocidade deve somar pelo menos 10% do total produzido pela inflação; talvez até três vezes mais que isso. De qualquer maneira, ainda seria preciso dar conta de uma quantidade considerável de matéria. E mais importante: esse resto não poderia ser formado por átomos ou fragmentos convencionais de átomos, caso contrário já teria sido detectado. Só para dar um exemplo, se as nuvens de gás e poeira fossem muito mais abundantes do que parece, reduziriam a luminosidade de outros astros de maneira perceptível.

De longe, o mais forte candidato a matéria escura é um velho conhecido dos físicos: o neutrino, partícula descoberta na década de 30, que participa ativamente de todas as reações nucleares. Os neutrinos têm a virtude de interagir muito fracamente com qualquer outra forma de matéria. Explica-se, assim, que passem despercebidos, mesmo se tiverem influência global sobre o Cosmo. A dúvida é saber se realmente têm massa de repouso (isto é, além da massa decorrente do movimento, que todo corpo tem, até mesmo a luz). As mais recentes pesquisas — inclusive sobre os neutrinos emitidos pela supernova 1987 A, os primeiros captados de um astro que não o Sol — apontam para uma resposta positiva.

Embora muitíssimo pequena, tal massa teria efeito considerável, pois os neutrinos são incrivelmente abundantes (eles atravessam o corpo de toda pessoa na Terra à taxa de 600 trilhões a cada segundo). Mas esse debate é muito importante para ser encerrado com a simples escolha de um bom candidato a matéria escura. Em primeiro lugar, porque as evidências básicas que apóiam a teoria do Big Bang, por impressionantes que sejam, se resumem a apenas três: o afastamento das galáxias, a síntese dos átomos e a radiação de fundo. "Uma saudável dose de ceticismo é bem-vinda", admite o veterano James Peebles, do Instituto para o Estudo Avançado, de Princeton. Num artigo em defesa do Big Bang, assinado juntamente com Schramm, ele pondera que as evidências disponíveis são poucas, embora apóiem conclusões grandiosas a respeito do Universo.

Em seu livro, Schramm lembra que a investigação das galáxias em grande escala sugere a existência de estranhas formas, algo semelhante a uma esponja. Isso faz pensar numa estrutura global do Cosmo — numa analogia carregada de licença poética, se poderia compará-la ao esqueleto de um animal. Mesmo em escala relativamente pequena nota-se, em certas regiões, uma concentração exagerada de galáxias. Esse é o tipo de problema que, segundo alguns, poderia ser resolvido por uma alteração na síntese primordial dos átomos. O conceito de inflação também fornece algumas pistas. Durante uma rápida expansão, surgem rápidos bolsões onde a densidade de matéria eleva-se acima da média: no final estas oscilações deixariam sua marca na distribuição das galáxias.

Tais soluções ainda têm o sabor de pequenos remendos, e existe no ar a expectativa de um grande e surpreendente achado, capaz de dar uma resposta mais completa sobre o Cosmo. Talvez o primeiro passo para isso tenha sido a recém-anunciada descoberta da semente das galáxias pelo satélite americano COBE: ele mediu o clarão emitido pelos átomos primordiais e, pela primeira vez, registrou pontos densos que dariam origem aos aglomerados de galáxias. Schramm acredita que a solução definitiva não deve demorar. "Até o final do século, esperamos saber de que é feita a maior parte do Universo."

...Da era nuclear às galáxias

A idéia de que todas as galáxias estão se afastando entre si conduz a uma conclusão extraordinária: houve um momento, no passado, em que todas elas estiveram reunidas num único ponto. Nesse instante, o Universo nasceu. Para determiná-lo,, é preciso inverter o sentido atual da expansão das galáxias, de acordo com uma lei descoberta pelo astrônomo Edwin Hubble, em 1927. É como rodar um filme de trás para a frente: o resultado é cerca de 15 bilhões de anos De modo geral, a idéia funciona. As mais antigas galáxias conhecidas existiram à época que o Universo tinha apenas 1 bilhão de anos. Antes disso, à idade de 100 000 anos, a compressão era tão grande que a temperatura alcançava milhares de graus (suficiente para fundir o enxofre, fenômeno que os teólogos medievais usavam para definir o calor do inferno). O Cosmo estava cheio de um gás muito simples, composto por átomos de hidrogênio, hélio e lítio. Quando se recua ainda mais e a compressão aumenta, os próprios átomos perdem sua "casca", formada por elétrons, e ficam reduzidos apenas a seus núcleos, formados por prótons e nêutrons. Assim foi até à idade de 1 minuto e, antes disso, mesmo os minúsculos núcleos se tornaram instáveis. Prótons e nêutrons se mantêm coesos pela força nuclear, muito mais poderosa que a força eletromagnética, que prende os elétrons aos núcleos. No entanto, no período anterior a 1 segundo, a temperatura superava 1 bilhão de graus, e essas partículas circulavam livremente. Apenas daí para a frente haveria condições para que o Cosmo começasse a sintetizar os elementos químicos.

Idade cósmica

A simples definição de velocidade, familiar a todo estudante secundarista, permite calcular há quanto tempo o Universo existe. É como perguntar há quanto tempo um carro deixou uma cidade, quando se sabe que ele está a 120 quilômetros de distancia e se afasta a 60 quilômetros por hora. A resposta, naturalmente, é 2 horas, porque 120 dividido por 60 é 2. Imagine-se agora que duas galáxias quaisquer, no momento do Big Bang, estavam juntas, como o carro e a cidade. A partir daí, quando cronômetro começa a correr, elas se afastam cada vez mais, até alcançar a distancia em que se encontram atualmente. Há quanto tempo? Basta dividir essa distancia pela velocidade entre elas: o resultado é a idade do Cosmo. Aparentemente, isso não é tudo, pois a distancia entre as galáxias varia, conduzindo a inúmeros valores para o tempo. O que se observa, porém, é que existe uma regra básica no Cosmo: se a distancia aumenta, a velocidade aumenta na mesma proporção, de tal modo que a divisão entre os dois números nunca se altera. Não é à toa que essa lei tenha se transformado no alicerce da moderna ciência do Universo.

A inflação do Universo

O conceito de inflação cósmica prescreve que uma pequena porção do espaço, logo após o Big Bang, expandiu-se desmesuradamente até se cristalizar na estonteante população de galáxias que os astrônomos vêem no céu. Mas existe algo mais, além do céu: incontáveis universos que evoluíram de outras pequenas porções do Big Bang De acordo com as mais modernas teorias da Física, tais mundos espoucaram como bolhas, inflados pela densa massa de energia primitiva. A responsabilidade por esse fenômeno cabe a partículas chamadas bósons de Higgs (em homenagem a seu criador, o escocês Peter Higgs). Além de sua importância para o Cosmo, os bósons de Higgs são essenciais para se compreender a matéria numa escala muito menor que o diâmetro de um próton, o núcleo de um átomo de hidrogênio. Aí já não valem as leis da Física nuclear; é preciso empregar equações bem mais avançadas, que descrevem conjuntamente os dois tipos de força nuclear e a eletromagnética. Por isso, explica o astrofísico David Schramm, o vazio entre os universos não é idêntico ao espaço que permeia as galáxias. A matéria que ele abriga não é constituída pelos familiares elétrons e quarks (Com os quais se montam os prótons). Como as forças estão unificadas, existe uma espécie de simetria entre as partículas, que são idênticas entre si ou se transformam sem cessar umas nas outras. Nada disso ocorre no espaço assimétrico, cristalizado no interior das bolhas universos durante a formidável crise de inflação. Portanto, não há esperança de, um dia, uma nave como a Enterprise visitar os mundos vizinhos, diz Schramm. "Lá fora encontraríamos apenas o espaço indiferenciado, repleto de para energia Higgs"

BIG BANG FECHADO PARA BALANÇO

Segundo medições feitas pelo Telescópio Espacial Hubble, o Universo é muito mais jovem do que supunha a teoria.

A notícia deixou a comunidade científica internacional no mínimo confusa: o Universo parece ser mais novo do que as estrelas mais antigas da nossa Galáxia. Pois é isso o que mostram as últimas medidas de distâncias intergalácticas: em vez de 15 bilhões, o Cosmo pode ter apenas 8 bilhões de anos. A conclusão é de duas pesquisas realizadas por diferentes equipes de astrônomos, que mediram a distância de duas galáxias no centro do aglomerado de Virgem — a NGC4571 e a M100 —, observando estrelas de brilho variável, chamadas cefeidas.

A primeira equipe, liderada pelo americano Michael Pierce, do Observatório Kitt Peak, trabalhou com um telescópio de solo, o potente CFHT, no Havaí, e apresentou os resultados em setembro. Em outubro, foi a vez do segundo grupo, chefiado pela doutora Wendy Freedman, dos Observatórios Carnegie, na Califórnia, que utilizou o Telescópio Espacial Hubble. Ambas as equipes chegaram aos mesmos números: pelas últimas medidas, o Universo deve ter mesmo entre 8 bilhões e 12 bilhões de anos.

Alguns cientistas ainda desconfiam dos resultados. Outros já propõem revisões na teoria do Big Bang, a mais aceita sobre a origem do Cosmo. Entenda porque essas últimas observações colocam o Big Bang em xeque. E veja o que os maiores astrônomos do mundo disseram com exclusividade para SUPER .

Uma das maneiras de calcular quantos anos o Universo tem é verificar seu ritmo de expansão. Segundo a teoria do Big Bang, a grande explosão que gerou toda a matéria e energia que existe, empurra, até hoje, tudo o que existe no Cosmo. Assim, as galáxias estão permanentemente se afastando umas das outras. Isso é o que se chama expansão cósmica.

O primeiro a detectar essa corrida em direção ao infinito foi o americano Edwin Hubble (1889-1953). Ao estudar as galáxias, em 1927, ele percebeu que, na escala cósmica, tudo se afasta de nós. Dois anos mais tarde, Hubble verificou um fato espantoso: quanto maior a distância da galáxia, maior é a sua velocidade de afastamento.

É fácil entender: imagine que uma galáxia está a 1 milhão de anos-luz da Via Láctea, a galáxia onde fica a Terra, e a velocidade com que ela se afasta é de 15 quilômetros por segundo. Então, uma outra galáxia que esteja a 2 milhões de anos-luz se afastará a exatos 30 quilômetros por segundo. E assim por diante. A proporção entre a distância e a velocidade das galáxias é chamada taxa de expansão, e recebeu o nome de constante de Hubble.

A velocidade de 15 quilômetros por segundo foi exatamente a que Hubble mediu, em sua época. E só com isso já deu para calcular a idade do Cosmo. Basta voltar ao exemplo da galáxia a 1 milhão de anos-luz da Via Láctea. A idade do Universo é justamente o tempo que ela levou para ficar tão longe da Via Láctea — já que, no momento do Big Bang, elas estavam juntas.

É só fazer a conta: a uma velocidade de 15 quilômetros por segundo, elas levaram dois bilhões de anos para se distanciar 1 milhão de anos-luz (a idade é a distância dividida pela velocidade; não esquecer que 1 ano-luz vale 9,5 trilhões de quilômetros). O resultado dessa conta seria a idade do Universo: 2 bilhões de anos. Aí apareceu, pela primeira vez, a grande contradição: como o Universo poderia ser mais novo do que a própria Terra, que já se sabia ter 4,5 bilhões de anos?

Hubble foi prejudicado pelas medidas de velocidade, muito imprecisas. Acontece que nem sempre as galáxias seguem o ritmo de expansão do Cosmo: duas galáxias podem ser atraídas entre si, por sua própria força gravitacional, e criar um movimento independente, que interfere com o cálculo da idade do Universo.

Desde a época de Hubble, a taxa de afastamento das galáxias foi corrigida diversas vezes e acabou caindo para perto de 15 quilômetros por segundo, atualmente. A idade do Universo foi recalculada para cerca de 15 bilhões de anos, valor coerente com a idade das estrelas mais velhas conhecidas.

É possível que a imprecisão das medidas, 65 anos depois de Hubble, ainda estejam atrapalhando os novos cálculos. Os autores admitem uma incerteza de mais de 20% na distância do aglomerado de Virgem (aglomerado é um agrupamento de galáxias). Com isso, em vez dos 8 bilhões de anos que eles calcularam, a idade do Universo subiria para cerca de 10 bilhões de anos. É um valor menos contraditório com a idade das mais velhas estrelas. Esta idade também pode conter incertezas — as estrelas podem ter bem menos do que 13 bilhões de anos. Em resumo, tudo pode se ajeitar. É o que pensa a maioria dos pesquisadores, atualmente.

Para entender melhor o jogo de puxa-puxa entre as galáxias — a causa de imprecisão nas medidas de distância e velocidade —, veja o que descobriu, em 1989, um grupo muito especial de astrônomos. Apelidados de Sete Samurais, eles verificaram que as galáxias mais próximas da Via Láctea, pertencentes ao chamado Grupo Local, estão todas se movendo em direção ao aglomerado de Virgem, muito além delas. Este, por sua vez, parece viajar em direção a outro superaglomerado, o de Centauro, ainda mais distante. É nessa região que os Sete Samurais acreditam que exista uma monstruosa massa de estrelas, batizada de Grande Atrator.

É possível que as galáxias de Virgem estejam sendo puxadas pelo o Grande Atrator, que está muito além delas. Ou seja, vistas da Via Láctea, elas estariam se afastando mais rapidamente do que o fluxo cósmico. Assim, a velocidade delas faria o Universo parecer mais jovem: elas teriam levado menos tempo para percorrer a distância que nos separa delas. E esse tempo, como se viu antes, é a idade do Universo.

A dificuldade dos astrofísicos é separar os dois tipos de velocidade — a que é causada pelo Big Bang e pelo movimento independente. "A única saída é medir a velocidade de grupos de galáxias muitíssimo distantes de nós, em que a atração gravitacional seja tão mínima que possa ser desprezada", explicou a SUPER o argentino Roberto Televich, um dos Sete Samurais. Televich esteve em novembro de passagem pelo Brasil, para assistir ao eclipse total do Sol. "Para confirmar a velocidade do aglomerado de Virgem, também é preciso verificar a velocidade de galáxias mais distantes, na direção oposta, como as do aglomerado de Fornax".

Os cientistas tentam, então, isolar a velocidade causada pelo impulso do Big Bang, comparando o movimento da galáxia estudada com outra, das vizinhanças. Com base nisso, Michael Pierce garante que suas medidas são bastante precisas.

A própria Wendy Freedman, um dos pivôs da polêmica, admite que, dentro da margem de erro dos seus cálculos, é até possível que tudo se encaixe: as novas medidas e as observações mais antigas. Ainda assim, a notícia de que o Universo pode ser muito mais jovem mexeu com toda a comunidade científica.

Mas, se for confirmado que a velocidade das galáxias medida pelas duas equipes é causada mesmo apenas pelo Big Bang, algo terá de ser mudado. Ninguém, a sério, nega que tenha havido a grande explosão que deu origem a tudo. Seria quase como dizer que a Terra é quadrada, hoje. A questão é a evolução do Cosmo daí para a frente: todo seu ritmo de desenvolvimento precisaria ser revisto.

Alguns astrônomos e cosmologistas já falam em mudar o modelo do Big Bang, introduzindo, por exemplo, a chamada constante cosmológica — uma espécie de número mágico que representaria uma força extra, a empurrar o Universo sempre para a frente.

Brilho oscilante dá a distância

As cefeidas são estrelas que pulsam com regularidade exata. Na foto da esquerda, uma cefeida da galáxia M100 aparece com o seu o brilho mais fraco. Vinte e dois dias depois, a mesma cefeida brilha duas vezes mais forte. Com base nessa variação é que se pode chegar ao cálculo preciso da distância: 54 milhões de anos-luz. É a partir desse número que os cientistas passam a estimar que o Universo tem 8 bilhões de anos. Com isso, ficou aberta a temporada de debates acalorados sobre o Big Bang.

A galáxia da discórdia

De acordo com a teoria, tudo começou numa grande explosão (o Big Bang). Toda a matéria do Universo concentrava-se num só bloco, que explodiu — e desde então o Cosmo está se expandindo. Daí que, tendo-se a velocidade de afastamento entre as galáxias, a distância entre elas indicaria a idade do Cosmo. A galáxia M100 (ao lado) fica a exatos 54 milhões de anos-luz da Terra. A distância foi conseguida entre setembro e outubro, em medições feitas pelo Hubble. E aí é que a coisa complicou: diz o Big Bang que o Universo tem 15 bilhões de anos; mas, segundo a nova medição do Hubble, esta idade não passa dos 8 bilhões de anos.

"Estou certo de que realmente medimos a taxa de expansão do Universo, com uma margem de erro de apenas 10%."

O americano Michael Pierce, do Observatório Kitt Peak, no Arizona, é líder da equipe que mediu a distância e a velocidade da galáxia NGC4571, no aglomerado de Virgem

Na entrevista concedida a SUPER, Michael Pierce afirma que os resultados confirmam que o método de medição das distâncias e velocidades das galáxias por meio das estrelas do tipo cefeidas — visto com ceticismo até há pouco tempo — é extremamente confiável. Para ele, os próximos passos das pesquisas vão modificar alguns pontos do modelo padrão de desenvolvimento do Universo, provavelmente com a introdução de uma força extra, não identificada ainda, que empurre o Cosmo com uma velocidade maior do que as estimativas iniciais. Em resumo, Pierce defende a adoção da constante cosmológica nas equações da evolução do Cosmo.

"Nossa equipe não está tão otimista quanto a de Michael Pierce — não achamos que o problema esteja resolvido. É preciso medir a distância de outras galáxias para confirmar nossos resultados."

A canadense Wendy Freedman, 37 anos, é chefe da equipe que mediu a velocidade da galáxia M100, no aglomerado de Virgem. Doutora em Astronomia e Astrofísica, ela lidera o projeto de medição de distâncias intergalácticas do Telescópio Espacial Hubble

Wendy Freedman confia na grande capacidade do Telescópio Espacial Hubble em levantar a distância de galáxias distantes, com altíssima precisão, já que ele trabalha acima da atmosfera e, portanto, livre das interferências do ar. Na entrevista a SUPER, ela diz que, se as últimas medidas forem confirmadas e não baterem com a idade das estrelas mais antigas, será preciso adotar a constante cosmológica.

"As últimas medidas significam uma das três possibilidades: a) as medidas não são suficientemente precisas; b) a interpretação dos dados não está correta; c) o modelo do Big Bang está errado. Acredito que é ainda prematuro dizer que o trabalho esteja concluído."

George Smoot é astrofísico do Laboratório Lawrence Berkeley, na Califórnia, Estados Unidos. Trabalhou durante vinte anos com o satélite COBE, fotografando a radiação de fundo que cobre uniformemente o Universo.

Segundo Smoot, vários métodos mostram resultados similares, mas todos com uma margem de erro grande demais. Na entrevista, o astrofísico diz que a evolução estelar ainda é pouco conhecida. É preciso avaliar melhor essas teorias, antes de derrubar a idéia do Big Bang.

"Sabemos que a Via Láctea está sendo puxada em direção a Virgem, o que traz um efeito significativo na medida da sua velocidade real. Se a correção desse movimento relativo calculada pela equipe de Wendy Freedman for grande demais — como eu acredito que tenha sido — então a constante de Hubble será superestimada."

O inglês Joseph Silk é doutor em Astronomia pela Universidade de Harvard. Professor na Universidade da Califórnia, em Berkeley, é autor de vários livros, entre eles, O Big Bang, a origem do Universo

Silk disse a SUPER que a própria teoria da evolução estelar precisa ser aperfeiçoada para, então, se determinar exatamente a idade das estrelas. Mas ele não descarta a possibilidade de rever alguns pontos da teoria do Big Bang.

"Sou suspeito para falar, mas, em minha opinião, a teoria do Big Bang tem bases muito mais firmes do que outros elementos envolvidos no problema de idade. Assim, acredito que ela sobreviverá. E pouca coisa terá de ser modificada."

O americano Alan Guth, 47 anos, é o criador da teoria do Universo inflacionário, que afirma que, logo depois da grande explosão, o Cosmo passou por um curto período de aceleradíssimo crescimento. Doutor em Física pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Guth recebeu vários prêmios internacionais

Segundo Guth, mesmo que se confirme que a constante de Hubble é alta, a teoria do Big Bang não deverá enfrentar muitos problemas. A SUPER, ele afirmou que se for necessária alguma modificação, a mais razoável é a introdução da constante cosmológica, que aumentaria a taxa de expansão do Cosmo. Guth acha, ainda, que a idade das estrelas deve ser revista.

ESTA MÁQUINA É UM BIG BANG

Os europeus começam a construir o LHC, um engenho do tamanho de uma cidade cuja pretensão é repetir a explosão que fez nascer o Universo.

Arremessados dentro de um túnel de 27 quilômetros de comprimento, enterrado a 150 metros abaixo da cidade de Genebra, na Suíça, os estilhaços atômicos colidem frontalmente a mais de um bilhão de quilômetros por hora. Quase a velocidade da luz. Nesse instante, criam uma microscópica esfera de energia que é uma recriação em miniatura do próprio Big Bang, a explosão que gerou o Universo.

A cena acima é fictícia. Mas só por enquanto. A máquina capaz dessa proeza começou a ser construída para valer este ano em Genebra, com recursos de duas dezenas de países. Foi batizada de LHC. Isso que até parece nome de presidente é apenas a sigla em inglês para Grande Colisionador de Hadrons (nome genérico para partículas como os prótons). O objetivo é analisar estilhaços do núcleo atômico em busca de formas da matéria que só circularam livremente pelo espaço nos primeiros instantes do Big Bang, quando a temperatura "ambiente" era de 10 000 trilhões de graus Celsius (hoje, o próprio coração das estrelas tem apenas alguns milhões de graus). Tudo isso para tentar chegar a uma teoria mais perfeita do que os atuais alicerces da Física, a Mecânica Quântica e a Relatividade. A inauguração da máquina está prometida para 2005.

Pode parecer ambicioso demais recriar o Big Bang, mas a idéia até que é simples. Em princípio, pelo menos, a coisa funciona mais ou menos como as antenas de rádio ou de televisão, nas quais brota uma corrente elétrica sempre que chegam os sinais da estação transmissora. Isso porque os sinais carregam energia elétrica e magnética, e a energia empurra os elétrons nos átomos da antena. A eletricidade, então, desce pelo fio produzindo sons e imagens nos aparelhos dentro de casa.

As máquinas capazes de simular o Big Bang, como o LHC europeu, fazem algo parecido. A principal diferença é a intensidade das ondas de rádio, que precisa ser monumental. Tanto que os elétrons simplesmente pulam fora dos fios e correm num vácuo quase absoluto, dentro de túneis circulares de metal, fazendo as curvas alucinantes com auxílio de milhares de eletroímãs.

Outra diferença é que as ondas de rádio não aceleram apenas elétrons: precisam movimentar também um carrossel de pósitrons, que são idênticos aos elétrons, mas que, ao contrário deles, têm carga elétrica positiva (por isso, os pósitrons são a antimatéria dos elétrons). No LHC, os elétrons e os pósitrons vão ser substituídos por prótons (de carga positiva) e antiprótons (negativa), que são 2 000 vezes mais pesados. Depois de muitas horas de aceleração, matéria (prótons) e antimatéria (antiprótons) alcançam velocidade bem próxima à da velocidade da luz, que é de 300 000 quilômetros por segundo (ou mais de 1 bilhão de quilômetros por hora), e colidem. O resultado da trombada será um "caroço" compacto de energia. Descomunal. "O LHC vai produzir uma intensidade de energia até hoje nunca alcançada", garantiu à SUPER o físico Lyn Evans, diretor do projeto.

A nova máquina vai superar com folga os maiores aceleradores de partículas da Europa e dos Estados Unidos E isso a um custo relativamente baixo (1 bilhão de dólares), graças à decisão de montar o LHC dentro de um túnel já existente, o do LEP (sigla em inglês para Grande Acelerador de Elétrons-Pósitrons), já instalado em Genebra desde 1989, e que também custou 1 bilhão de dólares. O LEP continua em ação e acaba de ser "envenenado" para ficar mais poderoso. É parte de um esforço para valorizar a ciência básica, que nos últimos dez anos anda de cinto mais do que apertado.

Assim que o LHC estiver pronto, em 2005, cerca de 2 000 cientistas devem se reunir para analisar as infinitas lascas de energia espalhadas pelas colisões no seu interior. Parte das fagulhas, se tudo correr de acordo com a confiança geral, vai virar partículas que deixaram de existir há 15 bi-lhões de anos. É que para manter a integridade, elas precisam de uma concentração de energia que já não se acha mais por aí. Por isso eram comuns no Big Bang, quando a temperatura média era de 10 000 trilhões de graus.

Traduzindo: os físicos no LHC vão fazer o papel de arqueólogos à caça de formas ancestrais da matéria. E, ao catalogar as "espécies extintas", eles pretendem comprovar ou refutar as teorias que explicam a estrutura geral da matéria. Essas teorias são ainda incompletas. Elas podem mostrar como os elétrons se ligam aos prótons por meio da força eletromagnética. Também revelam como os prótons às vezes se transformam em outras partículas comuns, os nêutrons, sob a ação da chamada força nuclear fraca. Mas já há a mesma certeza sobre os quarks, com os quais são montados os prótons. É que os quarks obedecem a uma outra força, a nuclear forte, que ainda é um enigma. Que tipo de movimento ou de transformações ela provoca nas partículas? Como ela funciona?

Aí entra a vantagem de simular o Universo primitivo: imersos num exagero de energia, os fragmentos da matéria revelarão partículas até agora desconhecidas. E mais que isso. Se algumas dessas peças são unidades da matéria, existem também as que representam as forças fundamentais: para duas partículas se atrair ou se empurrar, elas têm que trocar partículas especiais. Uma grande expectativa dos físicos é comprovar a teoria de que no início dos tempos existiu apenas uma força, em lugar das quatro atuais: a eletromagnética, a nuclear fraca, a nuclear forte e a gravitacional. Quer dizer que, dependendo das circunstâncias, os vetores de cada força poderiam se transformar uns nos outros. Se isso for verdade, será possível descrever todas as forças com uma única e ampla equação.

Unificação semelhante espera-se no campo das partículas de matéria. Elas também teriam a capacidade de mudar de cara à vontade, o que não ocorre no Universo atual porque as condições são outras. As mudanças já não são viáveis porque exigem muita energia para acontecer. Mas o simulacro de Big Bang no LHC pode mostrar pelo menos indí-cios de que essas transformações são reais. Sinal de que as teorias atuais já são insuficientes, mas trilharam o bom caminho.

Eles foram descobertos há apenas 25 anos, mas é certo que brilham no espaço intensamente há 15 bilhões de anos desde a origem do Universo. Aos poucos os cientistas vão descobrindo coisas sobre eles — e todas são realmente extraordinárias.

Trata-se de um pequeno, quase insignificante ponto de luz azulada no céu escuro, que pode ser visto na constelação de Sagitário. Foi descoberto na noite de 15 de Setembro de 1983 e recebeu a burocrática denominação de PKS 2000-330. mas que ninguém se iluda com a modéstia dessa apresentação.

O PKS 2000-330 é um dos 684 quasares descobertos pelos astrofísicos em 25 anos de pesquisa — faz parte, portanto, de um dos mais fascinantes enigmas que desafiam a curiosidade do homem. E todos os números que compõem o seu dia-a-dia são, no mínimo, de perder o fôlego.

A começar pela capacidade de radiação, ou seja, de produzir e transmitir energia. Pois qualquer quasar é capaz de irradiar tanto quanto 300 bilhões de sóis ao mesmo tempo. Aliás, se não fosse assim, nem conseguiríamos descobrir um deles no céu, pois os quasares, graças a esse poder portentoso, são os corpos celestes mais distantes que já conseguimos identificar. O PKS 2000-330, por exemplo, encontra-se a 15 bilhões de anos-luz da Terra. Se quiser, faça as contas: a luz viaja à velocidade de 300 mil quilômetros por segundo; reduzir essa distância a quilômetros significa escrever um número que tem 23 zeros.

Há quasares mais próximos, é certo O 3C 273 está a apenas 3 bilhões de ano-luz, o que ainda é muito, mas muito longe. Assim distantes, é natural que os astrônomos nem consigam dizer, com exatidão, o que são eles. Seu próprio nome já é vago: fonte de rádio quase-estelar, do inglês quasi-stellar radio source, de onde vem o acrônimo quasar. Como nem todos se revelaram fontes de rádio tão poderosas, foram chamados objetos quase estelares (QSO). Alguma coisa, em todo caso, podemos saber a respeito. Estão em galáxias gigantescas, com diâmetro em torno de 500 mil anos-luz (a Via Láctea, a galáxia onde estão o Sol e seus planetas, tem 100 mil anos-luz de diâmetro).

Eles fazem parte de galáxias ativas, relativamente jovens. Mas isso só podemos perceber quando o próprio quasar envelhece, pois quando jovem ele brilha tão intensamente que ofusca todas as estrelas da galáxia. Sendo assim, é até possível que nem existam mais quasares atualmente. Se o nosso conhecido PKS 2000-330 tivesse deixado de brilhar há 15 bilhões de anos, sua energia ainda estaria chegando à Terra. Essa é mais ou menos a época em que os cientistas supõem que ocorreu o Big Bang, dando origem ao Universo. Dai a idéia de que os quasares são corpos celestes dos mais antigos que conhecemos.

Também não há dúvida de que uma força muito poderosa faz com que as estrelas dessa galáxia se mantenham concentradas em torno do seu núcleo, como um rebanho de ovelhas comportadas. Há aproximadamente uns quatro anos a maioria dos cientistas que se dedicam ao estudo dos quasares chegou a um acordo: esse vigia do rebanho só pode ser um buraco negro — outro enigma fantástico que desafia a imaginação.

Se fosse possível olhar o quasar bem de perto, vertamos que do seu núcleo extraordinariamente luminoso saltam longas fontes de gás, que brilham intensamente em tons vermelho - azulados e chegam a atingir o comprimento de 80 milhões de anos-luz—ou 800 vezes maior que toda a Via Láctea.

A principal característica dos quasares parece ser essa: a brilhante, incomum luminosidade do seu centro. Ainda assim, mesmo observado pelo mais potente telescópio ótico, um quasar fatalmente se confundirá com uma estrela comum. Suas características só começam a ser reveladas quando passam pelos radiotelescópios. Os maiores telescópios óticos têm lentes de 3 metros de diâmetro; os mais modernos, combinando mais de uma lente, conseguem chegar até os 50 metros. Já a antena do radiotelescópio de Jodrell Bank, na Inglaterra, alcança 76 metros.

Mas há outra vantagem: é possível combinar vários radiotelescópios, mesmo que estejam localizados em diversos países ou continentes, e obter imagens que equivalem, por sua nitidez e precisão, à capacidade de resolução de um telescópio ótico que tivesse uma lente de 12 mil quilômetros. Não é exagero dizer que com os melhores radiotelescópios hoje existentes é possível "enxergar" a mão de uma pessoa sobre a superfície da Lua.

Que tais supertelescópios são necessários quando se estudam os quasares ficou claro na noite de 5 de fevereiro de 1963: o astrônomo holandês Maarten Schmidt, trabalhando no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos. decidiu seguir uma súbita inspiração. Ele havia observado as linhas espectrais encontradas na luz proveniente de uma fonte de radiação, na constelação de Virgem, denominada 3C 273, que significa: inscrição número 273 no Terceiro Catálogo de Fontes de Rádio da Universidade de Cambridge.

Essas linhas espectrais revelam os materiais que compõem o corpo celeste observado — e no caso do 3C 273 havia seis linhas amplas que, no entanto, não se ajustavam a nenhum dos 92 elementos que aparecem na natureza. Maarten pensou, então: e se as linhas espectrais não estivessem no lugar certo, por estarem submetidas ao efeito Doppler — os deslocamentos para o vermelho ou o azul? No deslocamento para o vermelho, a luz do corpo celeste se torna mais vermelha do que é na realidade, devido à velocidade de seu movimento no espaço; e, no deslocamento para o azul, ela se torna mais azul. É o mesmo que acontece com o som de uma ambulância que passa na rua em disparada: quando ela se aproxima de nós, a sirene fica mais aguda; quando ela se afasta, fica mais grave.

O deslocamento para o azul equivale à subida do som e indica que o corpo celeste está se aproximando da Terra; o deslocamento para o vermelho indica que ele se afasta. Quase sempre a luz das estrelas apresenta deslocamento para o vermelho, pois o Universo se expande permanentemente e os corpos se distanciam uns dos outros. Nas estrelas comuns, o deslocamento para o vermelho é de 0,1 por cento — ou seja, sua luz fica 0,1 por cento mais vermelha. Maarten mediu o deslocamento do 3C 273 e não conseguiu evitar um comentário assustado à mulher, quando voltou para casa: "Hoje me aconteceu algo incrível".

Incrível mesmo. O deslocamento para o vermelho que ele medira era de 15,8 por cento. Significa que aquele corpo celeste se afastava da Terra à velocidade de 47 000 quilômetros por segundo. Só para ter uma idéia: a Terra gira ao redor do Sol à velocidade de 30 quilômetros por segundo. Desde que o astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) fixou o deslocamento para o vermelho como medida da velocidade de afastamento de um corpo celeste, ficou claro também que essa velocidade aumenta quanto mais longe da Terra esteja o referido corpo.

Atualmente, deslocamentos para o vermelho de 15,8 por cento não espantam mais ninguém. Correspondem a uma distancia de apenas 3 bilhões de anos-luz, que é onde se encontram os quasares mais próximos. O PKS 2000-330 que estamos conhecendo tem 350 por cento de deslocamento para o vermelho: significa que ele se afasta de nós à velocidade de 276 000 quilômetros por segundo — 92 por cento da velocidade da luz — e que está a algo em torno de 15 bilhões de anos-luz de distancia.

Depois da descoberta de Maarten Schmidt, os quasares ganharam o seu nome esquisito e entraram para o rol das preocupações dos astrofísicos. Algumas descobertas foram feitas: eles estão muito longe, viajam a velocidades altíssimas e são muito antigos. Analisando a radiação de um quasar no campo das ondas de rádio, cujo comprimento vai dos centímetros aos quilômetros, verifica-se que ela provém de uma fonte em forma de ponto. As galáxias comuns são fontes de rádio dilatadas, pois irradiam em toda a sua extensão, embora a intensidade vá aumentando aos poucos de fora para dentro.

A radiação do quasar é tão forte quanto a da galáxia, mas está concentrada num único ponto de origem. Durante algum tempo imaginou-se que estrelas gigantescas girassem no núcleo central dos quasares, a velocidades altíssimas — e com isso criando as fortes ondas de rádio que eles emitem. Cálculos precisos mostraram que tais estrelas não podem existir: ou seriam pequenas demais, ou girariam a tamanha velocidade que fatalmente seriam destruídas. Pensou-se também no encontro de grandes quantidades de matéria e antimatéria, capaz de provocar radiação tão forte. Mas esse caminho também não é o correto. Por que haveria tanta antimatéria nos quasares se não se encontra quase nada dela em nenhum outro ponto do Universo?

A verdade é que é difícil imaginar como pode ser liberada tanta energia num ponto relativamente pequeno, de forma que o fenômeno possa ser registrado por nossos aparelhos, aqui na Terra, a uma distância descomunal como os 15 bilhões de anos-luz. As imagens obtidas através dos sinais de rádio mostram que as galáxias comuns têm, na parte externa, braços de espiral relativamente planos, e no centro uma parte mais larga, em forma de disco. Nos quasares, falta esse disco: a ponta de irradiação parece saltar diretamente de uma esfera. A explicação mais plausível para sua intensa luminosidade é a concentração de grande número de estrelas na parte central, apertadas como sardinhas em lata. É claro que essa comparação é forçada — ainda quando muito próximas, as estrelas estão a considerável distância umas das outras. Outra hipótese, mais recente, é que os quasares e sua extraordinária capacidade de radiação seriam fruto do choque ou encontro de duas ou mais galáxias. Isso provocaria o desvio das órbitas das estrelas e dos movimentos das nuvens de gás interestelar, e tudo seria então engolido pelo buraco negro.

Como se vê, há muito ainda que pesquisar e descobrir sobre esses fantásticos corpos celestes. Em janeiro passado, uma centena de cientistas reuniu-se em Tucson, Arizona, EUA, num congresso internacional destinado exclusivamente a discutir os quasares e as inúmeras teorias construídas em torno deles. As conclusões começarão a ser conhecidas nos próximos meses. Esses cientistas estão certos de que estão nos quasares as pistas mais promissores para confirmar e para que cheguemos, enfim, à compreensão da origem do Universo.

Deles nem a luz consegue escapar

Os buracos negros são uma engenhosa criação teórica que explica muita coisa no Universo, mas nada provou até agora, que eles existam de fato. Ninguém viu um buraco negro, pois eles têm características muito peculiares. Uma nave, para sair de um planeta, ou de um corpo celeste qualquer, deve ter uma velocidade suficiente para escapar à força de gravidade desse corpo. Os foguetes que levam satélites para a órbita da Terra devem subir a 11 quilômetros por segundo. Para sair da Lua são necessários 2 quilômetros por segundo. Já para sair do Sol seriam necessários 600 quilômetros por segundo.

Agora imaginemos um corpo celeste que fosse tão denso, com matéria tão concentrada, que exigisse mais de 300 000 quilômetros por segundo. Nesse caso nada poderia escapar dele? nem a luz, que viaja a essa velocidade — a maior que pode ser atingida, segundo as leis da Física. Os buracos negros são assim. Não podemos vê-los. porque eles não permitem que a luz saia e chegue até nós.

Segundo a Teoria da Relatividade Geral, de Albert Einstein a força gravitacional da matéria retarda a passagem do tempo. Quem olhasse um corpo muito denso a distância veria que o tempo ali corre devagar. O efeito dessa diminuição da velocidade do tempo será aumentar o comprimento da onda da luz emitida por esse corpo. Se a densidade do corpo aumentar além de um certo limite. O tempo pára, o comprimento da onda de luz torna-se infinito — o que significa que ela deixa de existir e a luz se apaga.

É provável que os buracos negros se formem com a morte das estrelas maciças. As camadas exteriores da estrela explodem, dando origem a uma supernova; e as camadas interiores implodem — e da implosão surgiria o buraco negro. Outros podem ter aparecido já na formação do Universo, quando densidades extremas marcaram a explosão do Big Bang.

É o possante campo de gravidade dos buracos negros que oferece a única possibilidade de detectar sua presença. No céu existem muitas estrelas duplas, que giram uma em torno da outra, muito próximas. Descrevem uma espécie de círculo centrado num ponto situado entre elas. Se uma dessas estrelas fosse um buraco negro, só seria vista sua companheira, descrevendo um círculo aparentemente sozinha — mas a influência gravitacional da outra se faria sentir. Alguns casos desse tipo são conhecidos.

Outra hipótese para explicar a origem dos buracos negros são os quasares, potentes emissores de radiação. A origem dessa radiação concentra-se num ponto minúsculo, no centro da galáxia. Parece paradoxal invocar a presença de um buraco negro para explicar um corpo que irradia tanto. É possível, pois o buraco negro atrai e devora tudo que está por perto: nuvens interestelares, planetas, estrelas. Graças à sua poderosa atração, esses corpos caem nele a uma velocidade prodigiosa — e nesse instante se aquecem e brilham intensamente, até atravessarem uma linha imaginária chamada horizonte do acontecimento. O que passar dessa linha não volta, nem mesmo a luz.