num modelo de hipertoro do Universo, o movimento numa linha recta irá devolvê-lo ao seu original… localizacao. Se o tempo é como um toro, pode ser de natureza cíclica, em vez de ter sempre existido ou vindo à existência uma quantidade finita de tempo atrás. Ainda hoje não sabemos a origem do tempo.,ESO e deviantART user InTheStarlightGarden
quando olhamos para o universo hoje, sabemos com uma extraordinária quantidade de certeza científica que ele não foi simplesmente criado como é, mas evoluiu para sua configuração atual ao longo de bilhões de anos de história cósmica. Podemos usar o que vemos hoje, tanto próximo como a grandes distâncias, para extrapolar como era o universo há muito tempo, e para entender como ele veio a ser como é agora.,quando pensamos em nossas origens cósmicas, então, é apenas humano fazer as perguntas mais fundamentais de todas as possíveis: de onde veio tudo isso? Já passou mais de meio século desde que as primeiras previsões robustas e únicas do Big Bang foram confirmadas, levando à nossa imagem moderna de um universo que começou de um estado quente e denso há cerca de 13,8 bilhões de anos. Mas na nossa busca pelo início, já sabemos que o tempo não podia ter começado com o Big Bang. Na verdade, pode não ter tido um começo.,
após o Big Bang, O Universo era quase perfeitamente uniforme, e cheio de matéria, energia e… radiação num estado em rápida expansão. Com o passar do tempo, o universo não só Forma Elementos, átomos, aglomerados e aglomerados juntos que levam a estrelas e galáxias, mas expande e esfria o tempo todo. Nenhuma alternativa pode igualá-la, mas ela não nos ensina tudo, incluindo (e especialmente) sobre o próprio início.
NASA / GSFC
sempre que pensamos em alguma coisa, aplicamos a nossa lógica muito humana a ela., Se queremos saber de onde veio o Big Bang, descrevemO-lo nos melhores termos que pudermos, e então teorizamos sobre o que poderia tê-lo causado e configurá-lo. Procuramos provas que nos ajudem a compreender os começos do Big Bang. Afinal de contas, é daí que tudo vem: do processo que lhe deu o seu início.
mas isso assume algo que pode não ser verdade sobre o nosso Universo: que ele realmente teve um começo. Durante muito tempo, cientificamente, não sabíamos se era verdade ou não. O universo teve um começo, ou um tempo antes do qual nada existia?, Ou o universo existiu por uma eternidade, como uma linha infinita que se estende em ambos os sentidos? Ou, possivelmente, o nosso universo é cíclico como a circunferência de um círculo, onde se repete indefinidamente?
as três principais possibilidades de como o tempo se comporta no nosso Universo são que o tempo sempre existiu… e sempre existirá, esse tempo só existiu por uma duração finita se extrapolarmos para trás, ou esse tempo é cíclico, e se repetirá, sem começo nem fim., O Big Bang parecia ter dado uma resposta por um tempo, mas desde então foi substituído, mergulhando as nossas origens de volta na incerteza.por um tempo, houve várias ideias concorrentes que eram todas consistentes com as observações que tínhamos.
- um universo em expansão poderia ter se originado de um ponto singular — um evento no espaço — tempo-onde todo o espaço e tempo emergiu de uma singularidade.o universo poderia estar se expandindo hoje porque estava se contraindo no passado, e se contrairá novamente no futuro, apresentando uma solução oscilante.,finalmente, o universo em expansão poderia ter sido um estado eterno, onde o espaço está se expandindo agora e sempre foi e sempre seria, onde a nova matéria é continuamente criada para manter a densidade constante.
estes três exemplos representam as três principais opções: o universo teve um início singular, o universo é cíclico na natureza, ou o Universo sempre existiu. Na década de 1960, no entanto, um baixo nível de radiação de microondas foi encontrado em toda parte do céu, mudando a história para sempre.,
de acordo com as observações originais de Penzias e Wilson, o plano galáctico emitiu alguns… fontes astrofísicas de radiação (centro), mas acima e abaixo, tudo o que permaneceu foi um fundo quase perfeito e uniforme de radiação. A temperatura e o espectro desta radiação já foram medidos, e o acordo com as previsões do Big Bang é extraordinário.
NASA/WMAP Science Team
esta radiação não era apenas a mesma magnitude em todos os lugares, mas também a mesma em todas as direções., A apenas alguns graus acima do zero absoluto, era consistente com o universo emergindo de um estado denso anterior e quente, e arrefecendo à medida que se expandia.como a tecnologia melhorada e novas técnicas levaram a melhores dados, aprendemos que o espectro desta radiação tinha uma forma particular: a de um corpo negro quase perfeito. Um corpo negro é o que você obtém se você tem um absorvedor perfeito de radiação aquecida até uma determinada temperatura específica. Se o universo se expande e arrefece sem mudar a sua entropia (i.e.,, adiabaticamente), algo que começa com um espectro de corpo negro permanecerá um corpo negro, mesmo quando arrefece. Esta radiação não era apenas consistente com o brilho remanescente do Big Bang, mas era inconsistente com alternativas como luz cansada ou luz estelar refletida.
a previsão única do modelo do Big Bang é que haveria um brilho remanescente de radiação… a permear todo o universo em todas as direcções., A radiação seria apenas alguns graus acima do zero absoluto, seria a mesma magnitude em todos os lugares, e obedeceria a um espectro negro perfeito. Estas previsões foram confirmadas espectacularmente bem, eliminando alternativas como a teoria do estado estacionário da viabilidade.de acordo com o Big Bang, O Universo era mais quente, mais denso, mais uniforme e menor no passado., Só tem as propriedades que vemos hoje porque tem vindo a expandir-se, a arrefecer e a experimentar a influência da gravitação durante tanto tempo. Como o comprimento de onda da radiação se estende à medida que o universo se expande, um universo menor deveria ter tido radiação com comprimentos de onda mais curtos, o que significa que tinha energias mais altas e temperaturas maiores.há biliões de anos, era tão quente que nem os átomos neutros se podiam formar sem serem separados., Ainda antes disso, a radiação de microondas de hoje era tão energética que dominavam a matéria no que diz respeito ao conteúdo energético do universo. Em tempos mais adiantados, os núcleos atômicos foram instantaneamente destruídos, e em tempos mais adiantados, nós nem conseguimos criar prótons e nêutrons estáveis.
Uma história visual do Universo em expansão inclui o estado quente e denso conhecido como Big Bang e… o crescimento e a formação da estrutura subsequentemente., O conjunto completo de dados, incluindo as observações dos elementos de luz e o fundo cósmico de microondas, deixa apenas o Big Bang como uma explicação válida para tudo o que vemos. À medida que o universo se expande, ele também arrefece, permitindo que íons, átomos neutros, e eventualmente moléculas, nuvens de gás, estrelas, e finalmente galáxias se formem.se extrapolarmos todo o caminho de volta, para temperaturas arbitrariamente quentes, pequenas distâncias e altas densidades, você intuiria que isso realmente seria igual ao início., Se você estivesse disposto a correr o relógio para trás o mais longe que pudesse, todo o espaço que compõe o nosso universo visível hoje seria comprimido até um único ponto.agora, é verdade que se você fosse a essas condições extremas, comprimindo toda a matéria e energia presente no universo de hoje em um pequeno volume suficiente de espaço, as leis da física se quebrariam. Você poderia tentar calcular várias propriedades, mas você só teria disparates para respostas. Isto é o que descrevemos como uma singularidade: um conjunto de condições em que o tempo e o espaço não têm significado., À primeira vista, se você fizer as contas, parece que uma singularidade é inevitável, independentemente do que domina o conteúdo energético do universo.singularidades São onde a lei da gravitação que governa o Universo — a Relatividade Geral de Einstein-produz disparates para previsões. A relatividade, lembrem-se, é a teoria que descreve o espaço e o tempo. Mas em singularidades, as dimensões espacial e temporal deixam de existir. Fazer perguntas como” o que veio antes deste evento onde o tempo começou “é tão absurdo como perguntar” onde estou ” Se o espaço já não existe.,na verdade, este é o argumento que muitos fazem, incluindo Paul Davies, quando afirmam que não pode haver discussão sobre o que ocorreu antes do Big Bang. Esta é uma tautologia, claro, se você afirmar que o Big Bang é onde o tempo começou. Mas por mais interessante que este argumento seja, sabemos que o Big Bang já não é onde o tempo começou. Desde que fizemos medições modernas e detalhadas do cosmos, aprendemos que esta extrapolação para uma singularidade deve estar errada.,
as sobras brilham do Big Bang, o CMB, não é uniforme, mas tem pequenas imperfeições e… flutuações de temperatura na escala de algumas centenas de microkelvin. Enquanto isso desempenha um grande papel nos últimos tempos, após o crescimento gravitacional, é importante lembrar que o universo primitivo, e o universo em grande escala hoje, é apenas não uniforme em um nível que é inferior a 0,01%. Planck detectou e mediu estas flutuações com maior precisão do que nunca, e pode até revelar os efeitos dos neutrinos cósmicos neste sinal., As propriedades destas flutuações suportam fortemente uma origem inflacionária para o nosso universo observável.
ESA e a colaboração de Planck
em particular, os padrões e magnitudes das flutuações que descobrimos na radiação moderna deixada daquele estado inicial, quente e denso, ensinam-nos uma série de propriedades importantes sobre o nosso universo. Ensinam-nos a quantidade de matéria presente tanto na matéria escura como na matéria normal: protões, neutrões e electrões., Eles nos dão uma medição da curvatura espacial do universo, bem como a presença de energia escura e os efeitos dos neutrinos.
mas eles também nos dizem algo de vital importância que muitas vezes é ignorado: eles nos dizem se havia uma temperatura máxima para o universo de volta em seus estágios iniciais. De acordo com os dados do WMAP e Planck, o universo nunca atingiu uma temperatura superior a 1029 K. Este número é enorme, mas é mais de 1000 vezes menor que as temperaturas que precisamos para igualar a uma singularidade.,
toda a nossa história cósmica é teoricamente bem compreendida, mas apenas qualitativamente. Já passou… observacionalmente confirmando e revelando várias etapas do passado do nosso Universo que devem ter ocorrido, como quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram, e como o universo se expandiu ao longo do tempo, que podemos realmente compreender o nosso cosmos. As assinaturas relíquias impressas no nosso universo, de um estado inflacionário antes do Big Bang quente, dão-nos uma forma única de testar a nossa história cósmica.,Nicole Rager Fuller / National Science Foundation
as propriedades particulares do Universo que são impressas sobre ele desde os estágios iniciais fornecem uma janela para os processos físicos que ocorreram naquela época. Não só nos dizem que não podemos extrapolar o Big Bang até uma singularidade, como nos falam do Estado que existia antes (e criou) do Big Bang quente: um período de inflação cósmica.,durante a inflação, houve uma enorme quantidade de energia inerente ao próprio espaço, fazendo com que o universo se expandisse rápida e implacavelmente: a uma taxa exponencial. Este período de inflação ocorreu antes do Big Bang quente, estabeleceu as condições iniciais com que o nosso universo começou, e deixou uma série de impressões únicas que procurámos e descobrimos depois de a teoria já as ter previsto. Seja como for, a inflação é um enorme sucesso.,
as flutuações quânticas que ocorrem durante a inflação são esticadas em todo o Universo, e quando… a inflação acaba, tornam-se flutuações de densidade. Isso leva, ao longo do tempo, à estrutura em larga escala no universo atual, bem como as flutuações de temperatura observadas no CMB. Estas novas previsões são essenciais para demonstrar a validade de um mecanismo de ajuste fino, e validaram a inflação como a nossa nova teoria líder de como o nosso Big Bang começou.E., Siegel, com imagens derivadas da ESA / Planck e do DoE/NASA/ NSF interagency task force on CMB research
mas isto altera severamente as nossas concepções de como o universo começou. Anteriormente, eu apresentei um gráfico de como o tamanho (ou escala) do universo evoluiu com o tempo. O gráfico mostrava as diferenças entre como o universo se expandiria se fosse dominado pela matéria (em vermelho), radiação (em azul), ou o próprio espaço (como durante a inflação, em amarelo) nos primeiros tempos. No entanto, não fui completamente honesto consigo ao apresentar esse gráfico.,
Você vê, eu omiti algo no grafo anterior, porque eu o truncei em um tempo positivo, finito. Em outras palavras, eu parei o gráfico antes de chegarmos a um tamanho de zero. Se eu continuasse a extrapolar para trás, as curvas de matéria e radiação realmente alcançariam uma singularidade em um momento específico: t = 0. Teria sido aí que ocorreu a ideia original do Big Bang. Mas em um universo inflacionário, você só assintota para um tamanho de zero; você nunca alcança. Não numa altura específica de t=0, e não em qualquer altura precoce, não importa o quanto recues.,
blue and red lines represent a “traditional” Big Bang scenario, where everything starts at time t=0,… incluindo o próprio espaço-tempo. Mas em um cenário inflacionário (amarelo), nunca chegamos a uma singularidade, onde o espaço vai para um estado singular; em vez disso, ele só pode ficar arbitrariamente pequeno no passado, enquanto o tempo continua para trás para sempre. A condição de Hawking-Hartle sem limites desafia a longevidade deste estado, assim como o teorema de Borde-Guth-Vilenkin, mas nenhum deles é uma coisa certa.E., Siegel como muitas grandes descobertas na ciência, isso leva a uma série de novas questões deliciosas, incluindo: o estado inflacionário era constante? Não sabemos se o universo inflou ao mesmo ritmo em todos os lugares, ou se inflacionou por longos períodos de tempo. Se o universo inflado de maneiras que mudaram muito rapidamente de um momento para o outro, variando de localização para localização, ele ainda pode ter as propriedades que nós observamos para ter hoje.o estado inflacionista durou para sempre, recuando no tempo?, A inflação certamente tem o potencial de ser um estado eterno; acreditamos nas regiões onde ela não termina em um Big Bang quente, ela continua eternamente no futuro. Mas poderia também ter sido eterno para o passado? Sem nada que o proíba, temos de considerar essa possibilidade.a inflação está ligada à energia escura, que também é uma forma de expansão exponencial? Apesar de serem diferentes em escala e magnitude, a inflação cósmica em estágio inicial e a energia escura em estágio tardio dão a mesma forma matemática para a expansão do universo., Estas duas fases estão relacionadas, e a nossa expansão futura irá aumentar em força e rejuvenescer o nosso universo, como uma espécie de ciclo cósmico?
as diferentes formas como a energia escura pode evoluir para o futuro. Mantendo-se constante ou aumentando… a força (em um Rip grande) poderia rejuvenescer o Universo, enquanto o sinal reverso poderia levar a uma grande crise. Sob qualquer um desses dois cenários, o tempo pode ser cíclico, enquanto se nenhum deles se realizar, o tempo pode ser finito ou infinito em duração para o passado.
NASA / CXC / M.,Weiss
Observationally, we don’t know the any of these questions. O Universo, tanto quanto podemos observá-lo, só contém informação dos últimos 10-33 segundos ou mais de inflação. Tudo o que ocorreu antes disso — o que inclui qualquer coisa que nos diga como-ou-se a inflação começou e qual era a sua duração — é eliminado, tanto quanto o que é observável para nós, pela própria natureza da inflação.teoricamente, não nos saímos muito melhor., O teorema de Borde-Guth-Vilenkin nos diz que todos os pontos no universo, se você extrapolar para trás o suficiente, se fundirão, e que a inflação não pode descrever um espaço-tempo completo. Mas isso não significa necessariamente que um estado inflacionador não poderia ter durado para sempre; poderia tão facilmente implicar que nossas regras atuais de física são incapazes de descrever essas primeiras etapas com precisão.
as três principais possibilidades de como o tempo se comporta no nosso Universo são que o tempo sempre existiu…, e sempre existirá, esse tempo só existiu por uma duração finita se extrapolarmos para trás, ou esse tempo é cíclico, e se repetirá, sem começo nem fim. Não temos informação suficiente em nosso universo, hoje, para saber qual dessas possibilidades é precisa.apesar de podermos traçar a nossa história cósmica até aos estágios iniciais do Big Bang quente, isso não é suficiente para responder à questão de como (ou se) o tempo começou., Indo ainda mais cedo, para os estágios finais da inflação cósmica, podemos aprender como o Big Bang foi criado e começou, mas não temos nenhuma informação observável sobre o que ocorreu antes disso. A última fracção de segundo da inflação é onde termina o nosso conhecimento.milhares de anos depois de expormos as três grandes possibilidades de como o tempo começou — como sempre existiu, como tendo começado uma duração finita no passado, ou como sendo uma entidade cíclica — não estamos mais perto de uma resposta definitiva., Se o tempo é finito, infinito ou cíclico não é uma questão que tenhamos informação suficiente dentro do nosso universo observável para responder. A menos que descubramos uma nova maneira de obter informações sobre esta pergunta existencial profunda, a resposta pode estar para sempre além dos limites do que é conhecido.
