ATIVIDADE DE FÍSICA - 1º ANOS

PROF. FELIPE OLIVEIRA

COSMOLOGIA: A TEORIA DO BIG BANG

Leia o texto e responda as questões.

NOSSA IMAGEM DO UNIVERSO

As questões sobre se o universo teve um início no tempo e se ele é limitado no espaço foram amplamente examinadas mais tarde pelo filósofo Immanuel Kant em sua monumental (e muito obscura) Crítica da razão pura, publicada em 1781. Ele chamava essas questões de antinomias (isto é, contradições) da razão pura porque achava que havia argumentos igualmente persuasivos para acreditar na tese — de que o universo teve um início — e na antítese — de que ele existira desde sempre. Seu argumento para a tese era de que, se o universo não teve um início, haveria um período infinito de tempo antes de qualquer evento, o que ele considerava absurdo. O argumento para a antítese dizia que, se o universo teve um início, haveria um infinito período de tempo antes disso, e, assim, por que o universo deveria começar em algum momento específico? Com efeito, suas defesas tanto da tese quanto da antítese são na verdade o mesmo argumento. Ambas se baseiam na pressuposição tácita de que o tempo continua indefinidamente para trás, tenha ou não o universo existido desde sempre. Como veremos, o conceito de tempo não tem significado antes do início do universo. Isso foi observado pela primeira vez por santo Agostinho. Quando lhe perguntavam “O que Deus fazia antes de criar o universo?”, sua resposta não era “Ele estava preparando o inferno para pessoas que fizessem perguntas como essa”. Em vez disso, respondia que o tempo era uma propriedade do universo criada por Deus e não existia antes dele. 

Quando a maioria das pessoas acreditava em um universo essencialmente estático e imutável, a questão de ter ou não ocorrido um início pertencia, na verdade, à metafísica ou à teologia. Tudo que se observava podia ser explicado tanto pela teoria de que o universo sempre existira quanto pela teoria de que ele começou em algum momento finito do tempo, de forma que parecia ter existido desde sempre. No entanto, em 1929 Edwin Hubble  fez a observação revolucionária de que, para onde quer que olhemos, as galáxias distantes estão se afastando depressa de nós. Em outras palavras, o universo está se expandindo. Isso significa que, antes, os objetos teriam estado mais próximos. Aliás, parece ter havido um momento, entre dez e vinte bilhões de anos atrás, em que todos eles estavam exatamente no mesmo ponto e, por conseguinte, a densidade do universo era infinita. Essa descoberta enfim trouxe a questão do início do universo para o âmbito da ciência. 

As observações de Hubble sugeriam que houve um momento, chamado de Big Bang, em que o universo era infinitesimalmente pequeno e infinitamente denso. Sob tais condições, todas as leis da ciência, e, portanto, toda a capacidade de predizer o futuro, fracassariam. Se houve eventos anteriores a esse momento, eles não puderam afetar o que acontece no presente. Sua existência pode ser ignorada porque não teria consequências observacionais. Pode-se dizer que o tempo teve início no Big Bang, no sentido de que tempos anteriores simplesmente não teriam definição. É necessário enfatizar que esse início no tempo é muito diferente daqueles que eram considerados até então. Em um universo imutável, um início no tempo é algo que precisa ser imposto ao universo por um ser exterior; não há necessidade física de um início. Pode-se imaginar que Deus criou o universo em literalmente qualquer momento do passado. No entanto, se o universo está se expandindo, deve haver motivos físicos pelos quais teve de haver um início. Ainda é possível imaginar que Deus criou o universo no instante do Big Bang, ou mesmo depois, de maneira que pareça ter havido um Big Bang, porém não faria sentido supor que ele foi criado antes do Big Bang. Um universo em expansão não impede que haja um criador, mas impõe limites sobre quando esse trabalho pode ter sido executado! 

A fim de falar sobre a natureza do universo e discutir questões como se ele tem um início ou um fim, devemos esclarecer o que é uma teoria científica. Vou adotar a visão simplória de que uma teoria é apenas um modelo do universo — ou uma parte restrita dele — e um conjunto de regras que relacionam as quantidades no modelo às observações que fazemos. Ela existe apenas em nossas mentes e não possui qualquer outra realidade (seja lá o que isso possa significar). Uma teoria é considerada boa se satisfaz dois requisitos: descreve de forma adequada um grande número de observações com base em um modelo que contém apenas poucos elementos arbitrários e faz previsões precisas sobre os resultados de futuras observações. Por exemplo, Aristóteles acreditava na teoria de Empédocles de que tudo era feito dos elementos: terra, ar, fogo e água. Isso era bastante simples, mas não se traduzia em previsões precisas. Já a teoria da gravitação de Newton se baseava em um modelo ainda mais simples, no qual os corpos atraíam uns aos outros com uma força proporcional a uma grandeza chamada de massa e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. E, contudo, ela prevê os movimentos do Sol, da Lua e dos planetas com alto grau de precisão. 

Qualquer teoria física é sempre provisória, no sentido de que é apenas uma hipótese: nunca se pode prová-la. Não importa quantas vezes os resultados dos experimentos coincidam com alguma teoria, nunca se pode ter certeza de que o resultado não irá contradizê-la da vez seguinte. Em contrapartida, podemos refutar uma teoria ao encontrar uma única observação em desacordo com as previsões. Como o filósofo da ciência Karl Popper frisou, uma boa teoria se caracteriza por criar uma série de previsões que, a princípio, poderiam ser refutadas ou invalidadas pela observação. Cada vez que observamos novos experimentos coincidirem com as previsões, a teoria sobrevive e nossa confiança nela aumenta; porém, se em algum momento uma nova observação a contradiz, temos de abandonar a teoria ou modificá-la.  

Texto retirado do Livro Uma breve História do Tempo, 

do Físico Stephen Hawking.

QUESTIONÁRIO

01. Qual o tema geral do texto?

02. Quais os modelos cosmológicos apontados no texto. Explique-os!

03. O que se entende da frase “Um universo em expansão não impede que haja um criador, mas impõe limites sobre quando esse trabalho pode ter sido executado!”?

04. Qual a relação entre o Tempo e o Modelo do Big Bang? Explique!

05. Qual a contribuição de Edwin Hubble para a teoria do Big Bang?

06. Quando uma teoria é considerada boa?

07. O que Hawking, físico e autor do texto, quis dizer com “qualquer teoria física é sempre provisória”?