Descrição histórica da evolução de modelos para o Universo

(E da resposta à pergunta ‘Porque é que de noite é escuro?)

O Universo segundo Ptolomeu

Cláudio Ptolomeu ( 100 – 170 DC) foi um ‘homem de ciência’ de origem greco-romana, matemático e astrónomo, que viveu em Alexandria (Egipto) e que apresentou o primeiro diagrama do universo, em que a Terra aparece como o seu centro.

O Universo segundo Copérnico

Só no século XVI um astrónomo e matemático polaco, Nicolau Copérnico (1473 –1543) apresentou uma alteração enorme a esta visão do universo.

O Sol é o centro do universo e as estrelas circulam todas numa única órbita, concêntrica com as dos planetas.

O Universo segundo Digges

Thomas Digges (1546 – 1595), astrónomo e matemático inglês, visualizou o universo com uma alteração importante: as estrelas estavam disseminadas ‘por tudo o que era céu’, e não numa órbita concêntrica com o nosso sistema solar (o que era uma idéia absolutamente revolucionária para a época).

Porque é que de noite é escuro?

Digges foi o primeiro ‘homem de ciência’ a colocar a pergunta ‘porque é que de noite é escuro’, mas não lhe deu especial importância, limitando-se simplesmente a assumir que as estrelas estavam suficientemente longe (o universo era ‘praticamente’ infinito) para produzir luz com uma intensidade suficiente para ser visível por nós.

E continuaram a aparecer sucessivas teorias, progressivamente mais elaboradas e complexas, para explicar o Universo: Em 1610, Johannes Kepler (1551-1630) astrónomo e matemático alemão (sim, é o tal das 3 leis fundamentais da mecânica celeste) revisitou o problema da escuridão noturna e concluiu simplesmente que tal se devia ao facto do Universo ser finito e, como tal, a escuridão entre as estrelas ‘não devia existir’, mas era devida à parede exterior que delimitava o universo!

‘E essa parede exterior era opaca e escura?’, perguntaria eu ao ilustre cientista que muitos problemas nos causou com as suas 3 leis! Eh eh eh!

Em 1720 o inglês Edmond Halley (1656 –1742), mais conhecido por ter sido dado o seu nome a um cometa, também estudou a escuridão noturna e concluiu – tal como Thomas Digges – que o universo era ‘infinito’ e que as estrelas estavam demasiado longe para o seu brilho ser visto por nós.

Cabe aqui uma referência especial ao astrónomo suiço Jean-Phillipe de Chéseaux (1718–1751) que provou geométricamente que a hipótese do universo ser infinito estava errada (fazendo o que os homens de ciência chamam a ‘disproof’ ), mas sem apresentar uma solução alternativa.

Seguiu-se Heinrich Olbers (o tal do ‘paradoxo’...) que em 1823 publicou a sua teoria de que o espaço estava cheio de poeira interestrelar e gases que obstruiam a progressão da luz proveniente das estrelas distantes (o termo galáxia ainda não era usado).

Evidentemente que a teoria não era válida porque – com o tempo – a poeira e os gases aqueceriam e emitiriam luz com brilho equivalente ao das estrelas que eram a origem da luminosidade.

O erro de Heinrich Olbers é, no entanto aceitável, porque até ao final do século XIX não havia evidência da existência nem de galáxias nem do facto de que a nossa Via Láctea é só uma entre os biliões de galáxias do universo, separadas por distâncias enormes (tão grandes que quase podem ser consideradas como ‘infinitas’...).

Tudo isto se alteraria nas primeiras décadas do século XX com a chegada de um ‘homem de ciência’ que colocou muitos dos mistérios da natureza ‘em pratos limpos’: Albert Einstein

O NOSSO UNIVERSO (em expansão permanente)

Em 1915 Einstein publicou a sua maior obra: a teoria geral da relatividade.

NOTA:

Não, não vamos por aí! Não vamos abordar essa teoria! Eh eh eh!

Ele descreve a gravidade e as relações ‘espaço-tempo’ duma maneira radicalmente diferente (e muito precisa e concreta), sendo que a teoria é tão complexa que –segundo consta – só outros dois ‘homens de ciência’ do seu tempo a conseguiram entender inicialmente. Não obstante isso, rapidamente se pensou que devia ser possível utilizar essa teoria para descrever as propriedades do universo. E de facto, assim aconteceu.

O astrónomo american Edwin Hubble (1889 – 1953) ficou famoso por ter descoberto que as até então chamadas nebulosas, eram na verdade galáxias, e que estas se afastavam umas das outras a uma ve- locidade proporcional à distância que as separava (na realidade não são elas que se afastam umas das outras, mas sim o espaço entre elas que vai aumentando ... ‘aí está’ o universo em expansão!).

Não fiquemos no entanto com a idéia de que as galáxias não se movem. Elas movem-se. E como um exemplo anormal podemos citar que a galáxia Andrómeda está em rota de colisão com a nossa Via Láctea! Mas, a manter-se a situação detectada, ainda falta mais de um bilião de anos para a colisão acontecer. Podem ficar sossegados!Eh eh eh!

Edwin Hubble deduziu correctamente que, uma vez que o universo estava permanentemente em expansão, ele teria sido muito mais pequeno no passado. Logo, se andassemos suficientemente para trás no tempo, ‘tudo’ estaria concentrado, as galáxias estariam ‘umas em cima das outras’, não haveria ‘espaços livres’, e a pressão interior seria tão grande que a certa altura ‘tudo’ explodiria! (como uma autêntica ‘bomba’!). Assim terá nascido o Universo.

NOTA:

Só em 1950 é que o astrofísico britânico Fred Hoyle (1915 – 2001) denominou o nascimento do universo como ‘The BIG BANG’.

A SOLUÇÃO FINAL Recapitulando:

• A razão pela qual a noite é escura não é por o universo ter uma dimensão fixa e a escuridão ser o ‘resultado-consequência’ de termos batido no fim do Universo e aí não haver, evidentemente, qualquer luminosidade ou brilho (por aquilo que sabemos devido à potência dos actuais telescópios, o Universo continua em expansão e pode assim continuar ‘para sempre’).

• Não é por o brilho das estrelas mais distantes ser muito fraco; quanto mais longe

Porque é que de noite é escuro?

vislumbramos, mais galáxias com milhões de estrelas aparecem, produzindo, em conjunto, uma luminosidade que reduziria a ‘escuridão’ existente entre as estrelas da nossa própria galáxia.

• Não é por a luminosidade vinda das ‘profundezas do universo’ ser absorvida por poeiras e gases. Através do tempo, as poeiras e gases brilhariam, emitindo luz, devido à permanente absorção da energia luminosa.

Não, a razão real da escuridão do espaço é mais ‘simples e profunda’ que as hipóteses mencionadas.

A noite é escura porque o Universo, não só teve o seu início com uma explosão inicial (BIG BANG), mas continua em expansão (devido a essa explosão) e ‘a luz das galáxias ainda não chegou cá’.

Embora a velocidade da luz seja um valor ‘colossal’, equivalente a dar 7 voltas à Terra num segundo (a luz não tem peso e por isso tem uma velocidade de propagação que é o limite cósmico da velocidade no nosso universo), ela não é assim tão impressiva, se considerarmos as distâncias –permanentemente em expansão – entre as galáxias. Mesmo entre galáxias ‘próximas’, a luz leva ‘anos’ a percorrer essas distâncias e a alcançar-nos.

NOTA:

Albert Einstein – ‘um curioso do caraças e que metia o bedelho em tudo’...eh eh ehmostrou brilhantemente – na primeira das suas teorias da relatividade em 1905 – que a velocidade de propagação da luz é o limite cósmico do nosso universo. Bem podem as centenas de ‘sábios e seus aprendizes’ do C.E.R.N.(a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, conhecida como CERN é o maior laboratório de física de partículas do mundo, localizado em Meyrin, na região em Genebra, na fronteira Franco-Suíça) tentar provar – entre outras coisas – recorrendo a meios extremamente avançados tecnologicamente (aceleradores de partículas) que há partículas sub-atómicas a moverem-se a uma velocidade superior à da luz (julgo que aqui há uns anos chegaram a anunciar isso ...afinal, tinham-se enganado nas contas).

Aliás, é o valor ‘finito’ da velocidade de propagação da luz que nos ajuda a resolver o paradoxo de Olber. Tendo o Universo uma ‘idade’ de uns 13,7 biliões de anos , apenas conseguimos ver as galáxias que estão a uma distância suficientemente ‘perto’ para a sua luz já ter tido tempo de chegar até nós.

O que torna o paradoxo de Olber extremamente interessante, é que a primeira resolução correcta foi baseada na intuição e não em conhecimentos científicos do seu autor, que inesperadamente foi um escritor e poeta americano do século XIX: Edgar Allan Poe.

» Sendo a sucessão de estrelas infindável, o céu deveria aparecer-nos com uma luminosidade uniforme, pois não haveria uma direcção sem qualquer estrela. A única situação em que poderemos compreender as zonas de escuridão que os nossos telescópios mostram, é que a distância em causa é tão grande, que a luz das estrelas existentes nessas zonas ainda não chegou até nós.»

Acontece que William Thomson (Lord Kelvin) físico, matemático e engenheiro britânico (1824-1907) publicou em 1901 a prova matemática desta ideia de Edgar Allan Poe.

Assim, a resposta à nossa pergunta-título (Porque é que a noite é escura?) é pura e simplesmente:

O Universo começou com uma enorme explosão (BIG BANG); devido a isso, continua a expandir-se a uma velocidade tal, que a luz da maior parte das estrelas existentes ainda não chegou até nós (nem ‘nunca’ chegará...).

Em 1934, Albert Einstein comentou nos seguintes termos o poema de Edgar Allan Poe, numa carta para um amigo:

Em 1848, no ano anterior à sua morte (com 40 anos) escreveu um ensaio como título: Eureka: A Prose Poem, que é uma notável peça literária. Na realidade, o ensaio é como que um tratado de cosmologia em que Edgar Allan Poe utiliza a sua intuição para especular sobre a origem do universo, a sua evolução e o seu fim. Tentemos uma tradução/adaptação da parte desta obra em que a escuridão da noite é analisada:

Eureka was eine schöne Leistung eines ungewöhnlich selbständigen Geistes.

‘Eureka’ - UM FEITO MARAVILHOSO DE UMA MENTE INVULGAR-

MENTE INDEPENDENTE.

Limito-me a referir que existem duas provas adicionais da existência do BIG BANG (para além da irrefutável evidência – actualmente comprovada – do universo es-

3 Assim como os arquelogistas recorrem a fósseis para determinar a idade da Terra, os astrónomos usam medições feitas a grupos específicos de estrelas. Determinando a idade das estrelas mais antigas, os astrónomos definem a idade mínima do Universo (que está calculada em 11 biliões de anos).

O ciclo de vida duma estrela (também se ‘apagam’, morrendo) é baseada na sua massa e, quanto maiores são, mais ‘combustível’ gastam na sua fusão permanente (e mais luminosas são). Medindo a radiação térmica existente no Universo, os especialistas já têm actualmente capacidade para determinar a densidade, a composição e a velocidade de expansão do Universo. E a sua idade. Os valores actuais apontam para 13,7 biliões de anos (com um nível de incerteza de 59 milhões de anos).

Porque é que de noite é escuro?

tar em permanente expansão). Uma diz respeito ao facto de só a existência do BIG BANG permitir compreender a proporção de hidrogénio e hélio no espaço (quantificada pelos actuais astrónomos); a outra tem a ver com um fenómeno que é chamado ‘cosmic microwave radiation’ (que é ‘apanhada’ por rádio-telescópios como sinais ténues vindos do espaço longínquo e por vezes, até são apanhados por rádios e televisões normais! Éh eh eh ! ).

Mas fico-me por aqui (que ‘alívio’, não é?!)

Só um último ponto nesta ‘digressão’ cósmica:

Parece que a velocidade a que o universo se expande está a aumentar (portanto parece que, em vez de a gravidade – como seria de esperar – diminuir a velocidade da expansão, existe uma força em sentido contrário que impede a diminuição do ritmo da expansão do universo).

Parece pois que existe uma misteriosa força anti-gravidade, chamada ‘dark energy’, a actuar (e a idéia da existência duma força de repulsão cósmica mencionada por Einstein não parece tão ‘doida’ como já pareceu).

Tendo o universo aproximadamente uns 14 biliões de anos (bonita idade!), os cosmologistas actualmente acreditam que a expansão do universo como que tem ganho velocidade com o tempo. A ser assim, nunca voltará a haver uma concentração de ‘tudo’, que poderia dar origem a outro ‘BIG BANG’. Eventualmente, poderá sim acontecer uma morte por falta de calor (‘heat death’) , na medida em que ‘tudo’ se distanciará progressivamente de ‘tudo’.

Mas, estejam descansados: se tal acontecer, já não estaremos cá para ver!

Epílogo:

O professor Jim Al-Khalili termina o seu livro colocando 3 conjuntos de perguntas (algumas delas muito para além do tema em causa) que divide nas seguintes categorias: as que espera ver resolvidas durante a sua vida (1), as que pensa que serão resolvidas, mas não durante a sua vida (2) e as que pensa que nunca serão satisfatoriamente resolvidas (3)

Três exemplos de cada uma das categorias:

(1)

Como são as memórias arquivadas e recuperadas no nosso cérebro?

Poderemos prever os tremores de terra (terramotos)?

Quais são os limites do que se chama ‘conventional computing’?

(2)

Onde e como acontece a consciência no cérebro?

Qual a forma geométrica (‘shape’) do universo?

O que é que existiu antes do BIG BANG?

(3)

Temos realmente livre arbítrio (‘free will’)? Há universos paralelos?

(Se existiu alguma coisa antes do BIG BANG), o que é que provocou a sua existência?

A primeira questão de cada um dos três conjuntos de perguntas mostra – como os físicos teóricos sabem – que, à medida que o estudo da física é aprofundado, começa a ter cada vez mais ligações com áreas da filosofia. (Não, isso não é para aqui chamado! Eh eh eh!)

NOTA FINAL 1:

O método científico usa desde sempre modelos explicativos que depois tenta provar não serem válidos (‘disproof’ )

Assim avança a ciência. ‘O que fica de pé’, é a verdade actual.

NOTA FINAL 2:

Mas a explicação ‘Porque o Sol se foi embora e só volta amanhã de manhã’ é muito mais ‘apelativa’, não é?!