No início, havia uma bola de matéria infinitamente densa e minúscula. Depois, tudo explodiu, dando origem aos átomos, moléculas, estrelas e galáxias que vemos hoje.

Or pelo menos, é o que nos têm dito os físicos nas últimas décadas.

Mas novas pesquisas teóricas de física revelaram recentemente uma possível janela para o universo muito cedo, mostrando que pode não ser “muito cedo”, afinal de contas. Ao invés disso, pode ser apenas a última iteração de um ciclo de bang-bounce que vem acontecendo há … bem, pelo menos uma vez, e possivelmente para sempre.

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De facto, antes dos físicos decidirem lançar o Big Bang a favor de um ciclo de bang-bounce, estas previsões teóricas terão de sobreviver a uma investida de testes de observação.

Cosmologias saltitantes

Os cientistas têm uma imagem muito boa do universo muito cedo, algo que conhecemos e adoramos como a teoria do Big Bang. Neste modelo, há muito tempo atrás o universo era muito menor, muito mais quente e muito mais denso do que é hoje. Nesse primeiro inferno de 13,8 bilhões de anos atrás, todos os elementos que fazem de nós o que somos foram formados no espaço de uma dúzia de minutos.

Aven antes, esse pensamento vai, em algum momento, todo o nosso universo – todas as estrelas, todas as galáxias, tudo – era do tamanho de um pêssego e tinha uma temperatura de mais de um quadrilhão de graus.

Amazimadoramente, essa história fantástica se mantém fiel a todas as observações atuais. Os astrônomos têm feito de tudo desde observar as sobras de radiação eletromagnética do universo jovem até medir a abundância dos elementos mais leves e descobriram que todos eles se alinham com o que o Big Bang prediz. Até onde podemos dizer, este é um retrato preciso do nosso universo primitivo.

Mas por melhor que seja, sabemos que o quadro do Big Bang não está completo – falta uma peça do puzzle, e essa peça é os primeiros momentos do próprio universo.

Essa é uma peça bem grande.

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A conflagração

O problema é que a física que usamos para compreender o universo primitivo (uma mistura maravilhosamente complicada de relatividade geral e física de partículas de alta energia) só nos pode levar até agora antes de se decompor. À medida que tentamos aprofundar cada vez mais os primeiros momentos do nosso cosmos, a matemática torna-se cada vez mais difícil de resolver, a ponto de … desistir.

O principal sinal de que temos terreno ainda por explorar é a presença de uma “singularidade”, ou um ponto de densidade infinita, no início do Big Bang. Tomado pelo valor de face, isto nos diz que em um ponto, o universo estava abarrotado de um ponto infinitamente pequeno, infinitamente denso. Isto é obviamente absurdo, e o que realmente nos diz é que precisamos de nova física para resolver este problema – o nosso kit de ferramentas actual simplesmente não é suficientemente bom.

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Para salvar o dia precisamos de uma nova física, algo capaz de lidar com a gravidade e as outras forças, combinadas, com energias ultra-altas. E é exatamente isso que a teoria das cordas afirma ser: um modelo de física capaz de lidar com a gravidade e com as outras forças, combinadas, em energias ultra-altas. O que significa que a teoria das cordas pode explicar os primeiros momentos do universo.

Uma das primeiras noções da teoria das cordas é o universo “ekpyrotic”, que vem da palavra grega para “conflagração”, ou fogo. Neste cenário, o que conhecemos como o Big Bang foi desencadeado por algo mais acontecendo antes dele – o Big Bang não foi um começo, mas uma parte de um processo maior.

Extender o conceito de ekpyrotic levou a uma teoria, novamente motivada pela teoria das cordas, chamada cosmologia cíclica. Suponho que, tecnicamente, a idéia do universo se repete continuamente há milhares de anos e é anterior à física, mas a teoria das cordas deu à idéia um firme fundamento matemático. O Universo cíclico acontece exatamente como você poderia imaginar, continuamente saltando entre grandes franjas e grandes crunches, potencialmente para a eternidade no tempo e para a eternidade no futuro.

Antes do início

Por mais legal que isso pareça, as primeiras versões do modelo cíclico tinham dificuldade em combinar observações – o que é um grande negócio quando você está tentando fazer ciência e não apenas contar histórias ao redor da fogueira.

O principal obstáculo era concordar com nossas observações do fundo cósmico de microondas, as sobras de luz fóssil de quando o universo tinha apenas 380.000 anos de idade. Embora não possamos ver directamente para além daquele muro de luz, se começarmos a mexer teoricamente com a física do cosmos infantil, afectamos esse padrão de luz pós-brilho.

E assim, parecia que um universo cíclico era uma ideia limpa mas incorrecta.

Mas a tocha ekpyrotic tem sido mantida acesa ao longo dos anos, e um artigo publicado em Janeiro na base de dados arXiv explorou as rugas na matemática e descobriu algumas oportunidades anteriormente perdidas. Os físicos, Robert Brandenberger e Ziwei Wang da Universidade McGill no Canadá, descobriram que no momento do “salto”, quando nosso universo encolhe a um ponto incrivelmente pequeno e retorna a um estado de Big Bang, é possível alinhar tudo para obter o resultado adequado para observação.

Em outras palavras, a física complicada (e, reconhecidamente, mal compreendida) desta época crítica pode de fato permitir uma visão radicalmente revisada de nosso tempo e lugar no cosmos.

Mas para testar completamente este modelo, teremos que esperar por uma nova geração de experimentos cosmológicos, então vamos esperar para quebrar o champanhe ekpyrotic.

Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Instituto Flatiron, apresentador de Ask a Spaceman and Space Radio, e autor de Your Place in the Universe.

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Originalmente publicado em Live Science.