O universo pode ter existido desde sempre, de acordo com um novo modelo que aplica termos de correção quântica para complementar a teoria da relatividade geral de Einstein. O modelo também pode explicar a matéria escura e a energia escura, resolvendo vários problemas ao mesmo tempo.

A idade amplamente aceita do universo , estimada pela relatividade geral , é de 13,8 bilhões de anos. No começo, tudo o que existe é pensado para ter ocupado um único ponto infinitamente denso, ou singularidade . Somente depois que esse ponto começou a se expandir em um “Big Bang” o universo começou oficialmente.

Embora a singularidade do Big Bang surja direta e inevitavelmente da matemática da relatividade geral, alguns cientistas a consideram problemática porque a matemática pode explicar apenas o que aconteceu imediatamente depois – não na ou antes – da singularidade.

“A singularidade do Big Bang é o problema mais sério da relatividade geral porque as leis da física parecem quebrar lá”, disse Ahmed Farag Ali, da Universidade de Benha e da Cidade de Ciência e Tecnologia de Zewail, ambas no Egito

Ali e o co-autor Saurya Das, da Universidade de Lethbridge, em Alberta, Canadá, mostraram em um artigo publicado na Physics Letters B que a singularidade do Big Bang pode ser resolvida por seu novo modelo no qual o universo não tem começo nem fim.

Velhas ideias revisitadas

Os físicos enfatizam que seus termos de correção quântica não são aplicados ad hoc em uma tentativa de eliminar especificamente a singularidade do Big Bang. O trabalho deles é baseado nas ideias do físico teórico David Bohm, também conhecido por suas contribuições à filosofia da física. A partir da década de 1950, Bohm explorou a substituição da geodésica clássica (o caminho mais curto entre dois pontos em uma superfície curva) por trajetórias quânticas.

Em seu artigo, Ali e Das aplicaram essas trajetórias Bohmianas a uma equação desenvolvida na década de 1950 pelo físico Amal Kumar Raychaudhuri na Presidency University em Kolkata, na Índia. Raychaudhuri também foi professor de Das quando ele era aluno de graduação daquela instituição na década de 90.

Usando a equação de Raychaudhuri com correção quântica, Ali e Das derivaram as equações de Friedmann com correção quântica, que descrevem a expansão e evolução do universo (incluindo o Big Bang) dentro do contexto da relatividade geral. Embora não seja uma verdadeira teoria da gravidade quântica , o modelo contém elementos tanto da teoria quântica quanto da relatividade geral. Ali e Das também esperam que seus resultados sejam válidos mesmo se e quando uma teoria completa da gravidade quântica for formulada.

Sem singularidades nem coisas obscuras

Além de não prever uma singularidade do Big Bang, o novo modelo também não prevê uma singularidade “big crunch”. Na relatividade geral, um destino possível para o universo é que ele comece a encolher até que entre em colapso e se torne um ponto infinitamente denso novamente.

Ali e Das explicam em seu artigo que seu modelo evita singularidades devido a uma diferença fundamental entre a geodésica clássica e as trajetórias Bohmianas. As geodésicas clássicas eventualmente se cruzam, e os pontos em que elas convergem são singularidades. Em contraste, as trajetórias Bohmianas nunca se cruzam, então singularidades não aparecem nas equações.

Em termos cosmológicos, os cientistas explicam que as correções quânticas podem ser pensadas como um termo constante cosmológico (sem a necessidade de energia escura) e um termo de radiação. Esses termos mantêm o universo em um tamanho finito e, portanto, dão a ele uma idade infinita. Os termos também fazem previsões que concordam estreitamente com as observações atuais da constante cosmológica e densidade do universo.

Nova partícula de gravidade

Em termos físicos, o modelo descreve o universo como sendo preenchido por um fluido quântico. Os cientistas propõem que esse fluido possa ser composto de grávitons – partículas hipotéticas sem massa que medeiam a força da gravidade. Se existirem, acredita-se que os grávitons desempenhem um papel fundamental na teoria da gravidade quântica.

Em um artigo relacionado, Das e outro colaborador, Rajat Bhaduri, da McMaster University, Canadá, deram mais crédito a esse modelo. Eles mostram que os grávitons podem formar um condensado de Bose-Einstein (em homenagem a Einstein e outro físico indiano, Satyendranath Bose) em temperaturas que estiveram presentes no universo em todas as épocas.

Motivados pelo potencial do modelo para resolver a singularidade do Big Bang e explicar a matéria escura e a energia escura , os físicos planejam analisar seu modelo com mais rigor no futuro. Seu trabalho futuro inclui refazer seu estudo levando em consideração pequenas perturbações não homogêneas e anisotrópicas, mas eles não esperam que pequenas perturbações afetem significativamente os resultados.

“É gratificante notar que essas correções diretas podem potencialmente resolver tantos problemas de uma só vez”, disse Das.

Fonte: 
Ahmed Farag Ali e Saurya Das. "Cosmologia do potencial quântico." Física Letras B . Volume 741, 4 de fevereiro de 2015, páginas 276–279. DOI: 10.1016/j.physletb.2014.12.057 . Também em: arXiv:1404.3093 [gr-qc].
Saurya Das e Rajat K. Bhaduri, "Matéria escura e energia escura do condensado de Bose-Einstein", pré-impressão: arXiv:1411.0753 [gr-qc].

https://phys.org/news/2015-02-big-quantum-equation-universe.html