A expansão métrica do espaço-tempo ou expansão métrica do universo é uma peça chave da ciência atual para compreender o Universo, através da qual o próprio espaço-tempo é descrito por um Tensor métrico que relaciona-se com o tempo de tal maneira que as dimensões espaciais parecem crescer ou estender-se à medida que o Universo envelhece. Explica como se expande o Universo no modelo do Big Bang, uma característica de nosso Universo suportada por todos os experimentos e observações cosmológicas, cálculos astrofísicos e medidas até agora. A métrica que descreve formalmente a expansão no modelo padrão do Big Bang designa-se como Métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker ou Modelo FLRW.
A expansão do espaço é conceitualmente diferente de outros tipos de expansões e explosões que são vistas na natureza. Nossa compreensão do “cenário do Universo” (o espaço-tempo) necessita que o espaço, o tempo e a distância não sejam absolutos, senão que são obtidos a partir de uma métrica que pode modificar-se. Na métrica de expansão do espaço, mais que objetos num espaço fixo distribuindo-se até o vazio, é o espaço que contém os objetos e que está modificando-se propriamente falando. É como se os objetos não se movessem por si mesmos, é o espaço que está “crescendo” de alguma maneira entre eles.
Devido a que é a métrica que define a distância que está alterando-se mais que os objetos movendo-se no espaço, esta expansão (e o movimento resultante são objetos afastando-se) não está limitada pela velocidade da luz, limitação esta que é resultante da relatividade especial.
A teoria e as observações sugerem que muito no princípio da história do Universo houve uma fase “inflacionária” onde esta métrica alterou-se muito rapidamente. A dependência do tempo restante que observamos desta métrica é a assim chamada expansão de Hubble, quantificando o afastamento de todos os objetos gravitacionalmente relacionados no Universo. O Universo em expansão é portanto uma característica fundamental do Universo em que habitamos, um Universo fundamentalmente diferente do Universo estático que Albert Einstein considerou ao princípio quando desenvolveu sua teoria gravitacional.
Expansão das críticas
A expansão acelerada do Universo pode não ser real, podendo ser apenas um efeito aparente. Isto é o que defende uma nova pesquisa feita por um grupo da Universidade de Canterbury, na Nova Zelândia, e que vem dar corpo a uma tendência crescente na comunidade científica de questionar a aceleração da expansão do Universo. Embora a aceleração da expansão do Universo tenha si do premiada com o Nobel de Física em 2011, nessa época já surgiam as primeiras dúvidas, que foram reforçadas conforme se descobriu que o elemento crucial usado nas medições, as chamadas supernovas tipo Ia, não eram todas iguais. Lawrence Dam e seus colegas constataram agora que as supernovas tipo Ia se encaixam perfeitamente em um modelo de Universo que dispensa a energia escura – na verdade, o modelo é ligeiramente melhor quanto à forma como as supernovas se ajustam ao modelo padrão com energia escura. A propósito, a energia escura, que hoje se assume como respondendo por aproximadamente 70% do conteúdo material do Universo, é essencialmente um nome colocado para segurar o lugar enquanto não se descobre a física desconhecida que explicaria as primeiras observações das supernovas.
Universo vazio
Os modelos atuais do Universo exigem este termo “energia escura” para preencher o lugar da causa da aceleração observada na taxa em que o Universo estaria se expandindo. Os cientistas baseiam essa conclusão em medições das distâncias das explosões de supernovas, que parecem estar mais distantes do que deveriam estar se a expansão do Universo não estivesse se acelerando. No entanto, a significância estatística dessa assinatura de aceleração cósmica tem sido cada vez mais questionada nos últimos anos. O debate tem essencialmente contraposto o modelo cosmológico mais aceito, conhecido como CDM (Lambda Cold Dark Matter), contra o modelo de um Universo vazio cuja expansão não acelera nem desacelera. Os dois modelos assumem uma lei simplificada de expansão cósmica que já dura 100 anos, baseada nas equações da chamada Lei de Friedmann (Alexander Friedmann, 1888-1925).A equação de Friedmann assume uma expansão idêntica à de uma “sopa” sem qualquer característica e sem qualquer estrutura complicadora. No entanto, o Universo presente contém uma rede cósmica complexa de aglomerados de galáxias em folhas e filamentos envolvendo vastos vazios – a chamada teia cósmica.”O debate passado perdeu um ponto essencial: Se a energia escura não existe, então uma alternativa provável é que a lei de expansão média não siga a equação de Friedmann,” explicou o professor David Wiltshire, membro da equipe.
Cosmologia do horizonte temporal
Para levar em conta que o Universo está longe de ser insosso, a equipe comparou o modelo cosmológico padrão (CDM) não com um universo vazio, mas com um modelo chamado de “cosmologia do horizonte temporal”. Esse modelo não tem energia escura. Em vez disso, os relógios carregados por observadores em diferentes galáxias diferem do relógio que melhor descreve a expansão média, uma vez que a “granulosidade” da estrutura do Universo se torna significativa. Se um pesquisador vai inferir ou não a existência de uma aceleração da expansão do Universo vai depender crucialmente de qual relógio ele está usando. A equipe demonstrou que a cosmologia do horizonte temporal explica ligeiramente melhor o maior catálogo de dados de supernovas do que a cosmologia padrão mais aceita. Infelizmente, as evidências estatísticas ainda não são suficientemente fortes para descartar definitivamente um modelo ou outro, mas futuras missões de observação, como a sonda espacial Euclid, da Agência Espacial Europeia, terão capacidade para distinguir entre a cosmologia padrão e outros modelos, e ajudar os cientistas a decidir se a energia escura precisa continuar segurando o lugar para alguma nova física, ou se sequer há lugar para ser segurado. Além de demonstrações desse tipo, envolvendo as supernovas, outros pesquisadores questionam o modelo da energia escura contrapondo a mecânica quântica com a relatividade geral ou usando os dados da radiação cósmica de fundo.
Fonte de Pesquisa Primária: NASA
Fontes de Apoio:
- Eddington, Arthur. En Universo en Expansión: El ‘Great Debate’ de la Astronomía, 1900-1931. Press Syndicate of the University of Cambridge, 1933.
- Liddle, Andrew R. y David H. Lyth. Inflación Cosmológica y Estructura a Gran Escala. Cambridge University Press, 2000.
- Lineweaver, Charles H. y Tamara M. Davis, “Confusiones sobre el Big Bang“, Scientific American, Marzo de 2005.
- Mook, Delo E. y Thomas Vargish. Dentro de la Relatividad. Princeton University Press, 1991.
- Godoy, Adriano. “Vencendo pela Expansão” pela Editora Qualitymark, 2011, onde o autor fala da expansão do universo e outras descobertas da ciência.
