Cientistas da Universidade de Waterloo propuseram uma nova forma de explicar como o Universo começou, lançando uma nova luz sobre o Big Bang e os seus primeiros momentos. As suas descobertas sugerem que a rápida expansão do universo primitivo pode ter surgido naturalmente de uma teoria mais profunda e completa da gravidade quântica.
A pesquisa foi liderada pelo Dr. Niayesh Afshordi, professor de física e astronomia da Universidade de Waterloo e do Perimeter Institute (PI). Sua equipe explorou uma nova maneira de combinar a gravidade com a física quântica, que descreve o comportamento das menores partículas. Embora a teoria da relatividade geral de Einstein tenha funcionado extraordinariamente bem durante mais de um século, ela fracassou sob as condições extremas do nascimento do universo. Para superar este problema, os investigadores usaram a gravidade quântica de segunda ordem, uma estrutura que permanece matematicamente estável mesmo em energias extremamente altas, semelhantes às que ocorreram durante o Big Bang.
Um modelo mais simples e unificado do universo
A maioria das explicações atuais do Big Bang baseiam-se na relatividade geral e em elementos adicionais introduzidos para fazer os modelos funcionarem. Em comparação, esta nova abordagem proporciona uma imagem mais unificada, ligando diretamente os primeiros momentos do Universo aos modelos bem testados que os cientistas usam para estudar o Universo hoje.
A equipe descobriu que a rápida expansão do universo primitivo poderia surgir naturalmente a partir desta teoria consistente da gravidade quântica, sem a necessidade de suposições adicionais. Esta expansão, conhecida como inflação, é um conceito-chave na cosmologia porque ajuda a explicar a estrutura em grande escala do universo.
Previsões testáveis e ondas gravitacionais
O modelo também prevê os níveis mais baixos de ondas gravitacionais primordiais, pequenas ondulações no espaço-tempo criadas logo após o Big Bang. Experimentos futuros poderão ser capazes de detectar esses sinais, proporcionando aos cientistas uma rara oportunidade de testar ideias sobre a origem quântica do universo.
“Este trabalho mostra que o crescimento explosivo inicial do universo pode surgir diretamente da própria teoria mais profunda da gravidade”, disse Afshodi. “Em vez de acrescentar algo novo à teoria de Einstein, descobrimos que a rápida expansão ocorre naturalmente quando a gravidade é controlada de uma forma que permanece consistente em energias extremamente altas.”
Da teoria à evidência observável
Os pesquisadores ficaram surpresos com o quão testável era sua ideia.
“Embora este modelo lide com energias incrivelmente altas, ele ainda produz previsões claras que os experimentos de hoje podem realmente procurar”, disse Afshodi. “Conexões diretas entre a gravidade quântica e dados reais são raras e emocionantes”.
Uma nova era de cosmologia de precisão
Este trabalho foi realizado numa época em que a cosmologia se tornava cada vez mais precisa. Novos instrumentos podem agora medir o universo com uma precisão sem precedentes. As próximas pesquisas de galáxias, estudos da radiação cósmica de fundo e detectores de ondas gravitacionais estão atingindo a sensibilidade necessária para testar ideias que antes eram puramente teóricas. Ao mesmo tempo, os cientistas estão a reconhecer as limitações dos modelos simples da expansão do universo primitivo e a enfatizar a necessidade de abordagens baseadas na física fundamental.
Olhando para o futuro
A pesquisa também envolveu Ruolin Liu, estudante de doutorado na Universidade de Waterloo e PI, e Jerome Quintin, Ph.D., ex-pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Waterloo e PI. A equipe planeja refinar as previsões para experimentos futuros e examinar como a estrutura se conecta à física de partículas e outras questões não respondidas sobre o universo primitivo. O seu objetivo a longo prazo é estabelecer ligações mais fortes entre a gravidade quântica e a cosmologia observável.
O artigo “Conclusão ultravioleta do Big Bang em dupla gravidade” aparece em Cartas de revisão física.
