Como o Big Bang poderia surgir do nada?

As origens do universo e do material que o compõe permanecem uma das perguntas mais profundas e complexas da física e da cosmologia. A teoria do Big Bang, amplamente aceita na comunidade científica, postula que o universo começou como um ponto extremamente quente e denso há cerca de 13,8 bilhões de anos. No entanto, essa teoria não explica intrinsecamente a origem do material que constituiu essa singularidade ou os eventos que levaram ao Big Bang em si.

Uma das chaves para compreender esse fenômeno é examinar a natureza do “material” ou matéria física. Inicialmente, após o Big Bang, o universo não continha matéria estável como a entendemos hoje, como átomos ou moléculas. O universo nessa época era um estado de alta energia extrema, sem matéria estável. Somente após centenas de milhares de anos as condições esfriaram o suficiente para a formação de matéria estável. As primeiras partículas de matéria de longa duração foram prótons e nêutrons, que constituem o núcleo atômico, surgindo por volta de um décimo de milésimo de segundo após o Big Bang. Antes disso, o conceito de matéria no sentido familiar não existia.

Aprofundando-se na física teórica, a exploração leva à “época de grande unificação”, uma fase na infância do universo onde se acredita que uma sopa de partículas elementares de curta duração existia. Isso inclui quarks, que são os blocos de construção de prótons e nêutrons, e suas contrapartes de antimatéria. De acordo com a teoria quântica de campos, até o que é considerado um vácuo no espaço está repleto de flutuações de energia, levando ao surgimento temporário de partículas. Isso sugere um universo onde mesmo o estado do vácuo não é verdadeiramente “nada” mas uma forma de “algo”, embora não no sentido convencional.

Mecânica Quântica e a Época de Planck

A busca pela compreensão da origem do universo se estende ainda mais ao reino da mecânica quântica e à época de Planck. Este período, ocorrendo frações de segundo após o Big Bang, é onde nossa compreensão convencional da física começa a falhar. A mecânica quântica, que governa o comportamento das partículas nas menores escalas, e a relatividade geral, que se aplica a grandes escalas cósmicas, devem ser reconciliadas para entender esta era. No entanto, uma teoria completa da gravidade quântica, que fundiria essas duas áreas, ainda não está totalmente desenvolvida.

Na época de Planck, a compreensão tradicional do espaço e do tempo se desfaz, tornando nossos conceitos habituais de causa e efeito inadequados. Embora nossa física atual não possa explicar definitivamente o que precedeu o Big Bang, sugere que algo físico, um precursor quântico do espaço e do tempo, existiu durante a época de Planck. Isso leva à intrigante questão de onde este estado quântico em si se originou, uma investigação que atualmente está além do alcance de nossa melhor física.

Emergindo do “nada”

Movendo-se do reino da física estabelecida para teorias mais especulativas, vários cosmólogos propuseram modelos para explicar como nosso universo poderia ter emergido de um estado que se assemelha muito ao “nada”. Uma dessas teorias é a cosmologia cíclica conformacional proposta pelo físico vencedor do Prêmio Nobel Roger Penrose. Este modelo sugere um universo cíclico, onde o Big Bang surge de um estado quase vazio de matéria. Nesta teoria, o universo evolui até um ponto em que toda a matéria é consumida em buracos negros, que então evaporam, deixando para trás um vazio que pode dar origem a um novo universo.

A teoria de Penrose baseia-se no conceito de reescala conforme, um procedimento matemático que altera o tamanho de um objeto mas mantém sua forma inalterada. Esse conceito permite a possibilidade de que dois estados aparentemente diferentes – um universo frio e vazio e um universo quente e denso – possam estar relacionados de uma forma que transcende nossa compreensão habitual de tamanho e tempo.

Além do modelo de Penrose, outras teorias, como aquelas envolvendo o multiverso ou ciclos infinitos de universos, também tentam abordar a origem do universo. Essas teorias sugerem que nosso universo poderia ser apenas um dos muitos em uma sequência infinita de universos, cada um emergindo dos remanescentes de um universo anterior.

Esses modelos especulativos, embora ainda não apoiados por evidências experimentais definitivas, oferecem possibilidades intrigantes para entender as origens de nosso universo. Eles empurram os limites de nossa compreensão da física e abrem novas avenidas para exploração tanto em cosmologia quanto em filosofia. No entanto, eles também destacam as limitações de nosso conhecimento científico atual e os desafios em responder à questão fundamental de por que existe algo em vez de nada.

Fonte: The Conversation