Geometria do Universo

Se a densidade de matéria/energia no começo tivesse sido exactamente igual à densidade crítica, então ficaria igual à densidade crítica durante a expansão do espaço. Mas se a densidade de matéria/energia tivesse sido um mínimo maior ou menor que a densidade crítica, a expansão tê-la-ia levado a valores muito afastados da densidade crítica.

A densidade matéria/energia do universo não é milhares de vezes inferior ou superior à densidade crítica: o espaço não é substancialmente curvo, positiva ou negativamente. O que quer dizer que o universo, no início, estava num equilíbrio muito precário numa aresta extremamente fina.

O problema da planura não mostra que o modelo convencional do big bang esteja errado. Um crente fervoroso reage ao problema da planura com um encolher de ombros e a resposta rápida, “era assim que as coisas eram nessa altura”, assumindo a densidade de matéria/energia incrivelmente precisa do universo inicial como um dado adquirido por explicar.

A evolução da cosmologia inflacionária prevê que a parte que podemos ver do universo deva ser praticamente plana. Prevê que a densidade de matéria/energia que observamos deva ser quase 100 por cento da densidade crítica.

Deveríamos observar um universo plano com a densidade de matéria/energia crítica? A resposta, há uns anos, era “não”. Pesquisas na quantidade de matéria/energia apontavam para 5 por cento da densidade crítica. O erro cometido nesta resposta foi que, na altura, só tiveram em conta a matéria e energia que emitem luz.

As análises mostravam que muitas das galáxias mais velozes deveriam ser sacudidas do aglomerado. Mas nenhuma delas o era. Poderia haver matéria adicional no aglomerado, que não emitia luz mas fornecia a atracção gravitacional adicional necessária para o manter intacto.

A nova resposta foi que a matéria escura perfaz cerca de 25 por cento da densidade crítica. Juntamente com os 5 por cento da matéria visível, a matéria escura leva a conta a 30 por cento da quantidade prevista pela cosmologia inflacionária.

Como justificar os 70 por cento em falta?

Os físicos procuram segundas opiniões quando se lhes deparam dados ou teorias que apontam para resultados intrigantes. Destas segundas opiniões, as mais convincentes são as que alcançam a mesma conclusão seguindo um ponto de vista que difere imenso da análise original. Quando as setas da explicação convergem para um único ponto de ângulos diferentes, há uma boa possibilidade de que estejam a apontar para a mouche do alvo científico.

Até cerce de 7 mil milhões de anos APB dominava a atracção gravitacional. Por esta altura, à medida que a matéria se espalhava, a atracção gravitacional diminuía, o empurrão da constante cosmológica passava gradualmente a dominar.

Uma constante cosmológica que contribui 70 por cento da densidade crítica, juntamente com os 30 por cento da matéria comum e energia escura, levaria a massa/energia aos 100 por cento previstos pela cosmologia inflacionária. O empurrão repulsivo mostrado pelos dados de supernovas pode ser explicado como sendo a quantidade de energia escura necessária para entrar em conta com os 70 por cento do universo ainda não vistos.

No início, a energia do universo era carregada pelo campo do inflatão, que estava em repouso longe do seu estado de energia mínima. Devido à sua pressão negativa, o campo do inflatão provocou uma enorme explosão de expansão inflacionária. 10^-35 segundos mais tarde, enquanto o inflatão deslizava para uma energia potencial mais baixa, a explosão de expansão terminou e o inflatão libertou a sua energia acumulada, usada para a produção de matéria e radiação comuns. Durante milhares de milhões de anos estes constituintes exerceram atracção gravitacional normal que retardou a expansão espacial. À medida que o universo crescia e se tornava mais difuso, a atracção gravitacional diminuía. Há cerca de 7 mil milhões de anos, a atracção gravitacional normal tornou-se suficientemente fraca para que a repulsão gravitacional da constante cosmológica do universo se tornasse dominante, e desde então a taxa de expansão espacial tem vindo a aumentar continuamente.

Daqui a uns 100 mil milhões de anos o universo será um sítio vasto, vazio e solitário.