O espaço é infinito? As respostas de 5 especialistas

Imagem de Johnson Martin em Pixabay

The Conversation

10 de agosto de 2021

Já sabemos há algum tempo que nosso universo está se expandindo e, nos últimos anos, descobrimos que isso estava acontecendo consideravelmente mais rápido do que esperávamos.

No entanto, apesar das inovações importantes na tecnologia de telescópios e satélites, acredita-se que muito do que existe no cosmos está além de nossa linha de visão – além do "universo observável", como é chamado.

Isso também significa que não sabemos com certeza qual a forma que o universo como um todo assume – se é uma rosquinha cósmica fechada, uma planície que se estende como um pedaço de papel sem fim, ou uma esfera gigante em um estado de expansão constante.

Imagem de Leonid_2 em Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Isso deixou os cientistas se perguntando sobre os confins do espaço e como eles podem ser. O que eles pensam sobre o destino do universo? Será que vai se expandir para sempre?

Perguntamos a cinco deles – e parece que o júri ainda não decidiu.

Aqui estão suas respostas detalhadas:

Anna Moore (astrônoma) — Resposta: TALVEZ

A resposta curta é que não sabemos. Sabemos que o universo observável – a parte que podemos ver e medir visivelmente – começou há cerca de 13,8 bilhões de anos com o Big Bang. Portanto, sabemos que a idade do universo é finita pelo menos desde a época do Big Bang. Mas o universo está ficando maior. Ele tem se expandido em todas as direções desde o Big Bang e continua (e recentemente isso tem se tornado cada vez mais rápido).

A radiação restante do Big Bang, que chamamos de "radiação cósmica de fundo em micro-ondas”, representa a imagem mais antiga do universo, quando ele era menor, mais quente e mais denso. Podemos obter imagens desse período inicial para entender a forma (ou geometria) do universo em maior escala. Saber disso é importante para saber se o universo é infinito ou finito.

Medições feitas por satélites apontaram que o universo tem uma geometria plana. Em um universo plano, dois feixes de luz disparados lado a lado através do espaço permanecerão paralelos para sempre e nunca se cruzarão ou se separarão. Nesse sentido, ainda podemos pensar em um universo em forma de cilindro ou toro (donut) como sendo “plano”.

As medições atuais não são precisas o suficiente para sabermos se a geometria plana do universo é representada por um pedaço de papel, um cilindro, um toro ou qualquer outra forma que permita a passagem paralela de dois feixes de luz. Um universo infinito poderia ter uma geometria totalmente plana como uma folha de papel. Tal universo continuaria para sempre e incluiria todas as possibilidades – incluindo infinitas versões de nós mesmos. Por outro lado, um universo em forma de rosquinha teria que ser finito, pois é fechado. Mas, por enquanto, ainda não conhecemos a forma do universo e, portanto, nem podemos saber seu tamanho.

Sara Webb (astrofísica) — Resposta: SIM

Eu acredito que sim. Sabemos que o universo teve um começo com o Big Bang. E, pelo que observamos, esse início não ocorreu em nenhuma área. Não importa onde você esteja no universo (nesta galáxia ou em uma muito, muito distante), o espaço parece estar se expandindo em todas as direções, com você no centro. Atualmente, nosso cálculo é que o universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos, o que significa quanto tempo o espaço teve para se expandir. Então, logicamente, esperaríamos que o espaço tivesse 13,8 bilhões de anos-luz de diâmetro, certo?

Mas o tamanho do universo observável é na verdade 46 bilhões de anos-luz, o que significa que a primeira luz que podemos ver emitida (380.000 anos após o Big Bang) veio de uma distância que agora está a 46 bilhões de anos-luz de distância. Isso se deve a algo chamado “inflação rápida” (mais sobre isso mais tarde). No entanto, não há razão para sugerir que a borda do universo observável seja a borda do universo real.

Tendemos a pensar nas coisas como tendo formas tridimensionais: uma esfera, um cubo, um cone. Poderíamos pensar no universo como uma esfera se expandindo indefinidamente e infinitamente. Ou pode se curvar e dobrar de maneira que podem torná-lo um sistema fechado (como um donut), onde se você viajasse em linha reta por tempo suficiente, acabaria voltando para onde começou: o espaço seria finito.

Mas inclino-me para outra possibilidade, que considera a rápida inflação que se seguiu ao Big Bang. Há uma teoria de que essa inflação é, na verdade, inflação eterna, o que significa que está sempre ocorrendo em um ponto ou outro do universo – tornando o universo infinito. Isso começa a mergulhar na ideia incompreensível de flutuações quânticas e até multiversos. E sendo a amante de ficção científica que sou, como poderia não querer que isso fosse verdade?

Tanya Hill (astrônoma) — Resposta: SIM

Há um limite para o quanto do universo podemos ver. O universo observável é finito porque não existe desde sempre. Estende-se por 46 bilhões de anos-luz em todas as direções a partir de nós. (Enquanto nosso universo tem 13,8 bilhões de anos, o universo observável vai mais longe, pois o universo está se expandindo).

O universo observável está centrado em nós. Um alienígena em uma galáxia distante teria seu próprio universo observável. Embora possa haver alguma sobreposição, eles inevitavelmente veriam regiões que não podemos ver. Portanto, não é possível ver se o universo é finito, porque não podemos ver tudo. Em vez disso, podemos abordar essa questão explorando a forma do universo. Embora não conheçamos a forma de todo o espaço, sabemos que nossa parte do espaço é plana. Isso significa que dois foguetes voando paralelos no controle de cruzeiro sempre permanecerão paralelos. Como o espaço não é curvo, eles nunca se encontrarão ou se afastarão um do outro.

Um universo plano pode ser infinito: imagine um pedaço de papel 2D que se estende para sempre. Mas também pode ser finito: imagine pegar um pedaço de papel, fazer um cilindro e juntar as pontas para fazer um toro (rosquinha). Aí que está o problema.

Além disso, existem muitas maneiras pelas quais o universo poderia ter sido curvo, mas, em vez disso, vivemos em uma região de espaço plano. Esta é uma condição muito específica e usamos uma teoria chamada “inflação” para explicá-la. A inflação é a ideia de que muito cedo o universo se expandiu rapidamente por um breve momento, suavizando todas as torções e curvaturas em nossa parte do espaço. Após a inflação, o universo cresceu para o que vemos hoje. Mas é possível que a inflação não apenas tenha semeado nosso universo. Talvez também tenha ocorrido em outro lugar e ainda esteja acontecendo. Quão grande isso pode tornar todo o universo, ou multiverso? Abre tantas possibilidades que, a meu ver, um universo infinito se torna mais fácil de imaginar do que um finito.

Sam Baron (filósofo da ciência) — Resposta: NÃO

Há uma linha tentadora de raciocínio que sugere que o espaço deve ser infinito, mas que acredito estar errada. É assim: se o espaço é finito, então ele teria uma aresta. Mas imagine entrar em sua nave espacial e voar para os confins do universo. Parece inconcebível que você encontre uma borda. Como seria a borda? Certamente o espaço deve continuar indefinidamente.

Mas há outra maneira de o espaço ser finito. Pode ser um toro, que é espacialmente finito, mas sem arestas, como um donut cósmico. Se o universo tem a forma de uma rosquinha, existe um teste científico muito natural que revelaria se ele é finito.

Imagine que você aponta um feixe de luz para uma superfície reflexiva muito distante. Se a superfície for irregular, a luz será refletida em várias direções. Se o universo for uma rosquinha, os raios refletidos que retornam gradualmente se curvarão com a forma do universo e, eventualmente, se envolverão novamente e se cruzarão (ver imagem abaixo). Isso só pode acontecer se o universo for finito, lembre-se. Em um universo infinito os raios continuariam para sempre.

You = Você / Light = Luz / Surface = Superfície
Imagem de Sam Baron em Sam Baron Philosophy

Agora, imagine que você está parado no ponto onde os raios de luz se cruzam. Se você virar para um lado, verá o objeto que refletiu o raio. Se você virar para o outro lado, verá o mesmo objeto, mas de um ângulo diferente. Portanto, se o objeto refletivo fosse um planeta distante, você veria o mesmo planeta duas vezes. Os cientistas já começaram a procurar esse efeito de sala de espelhos no brilho fraco que sobrou do Big Bang. Isso forneceria evidências não apenas do tamanho, mas também da forma do cosmos. Embora nada conclusivo tenha sido encontrado ainda, quem sabe o que podemos descobrir se continuarmos procurando!

Kevin Orrman-Rossiter (historiador da ciência) — Resposta: NÃO

Por “infinito” geralmente queremos dizer algo que é ilimitado ou infinito. Minha posição é que o espaço é finito. Porém, para demonstrar isso vamos propor, por um momento, que o espaço é infinito. Em um sentido simples, se esse fosse o caso e eu partisse em uma nave espacial em qualquer direção, nunca alcançaria um limite. Mas há um problema com esse experimento: eu precisaria viajar por um período de tempo infinitamente longo para garantir que não haja um limite “só um pouco mais longe”. Não importa a que velocidade eu viajo. Minha viagem de prova precisaria ser infinita para provar minha hipótese de que o espaço é infinito. Agora, não há muitas organizações de financiamento que vão bancar tal experimento.

Isso destaca que, para fornecer provas, devemos fazê-lo por meio da observação, e não do experimento direto. Ao longo do século passado, aprendemos muito sobre o nosso universo através da observação. Sabemos que o espaço, o universo, teve um começo há cerca de 13,8 bilhões de anos. Sabemos, pela observação, que ele está se expandindo e detectamos a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que se acredita ser a radiação resquício do Big Bang. O espaço como o vemos hoje é uma teia de galáxias em expansão lenta.

Uma questão-chave na cosmologia é se essa expansão continuará, mudará de ritmo ou reverterá. Responder a isso envolve entender as propriedades da matéria escura e da energia escura.

O ponto interessante é que não importa o modelo do universo (e ainda faltam peças importantes aqui), o pensamento cosmológico atual é que haverá um fim e o universo não persistirá para sempre. Ele tem uma existência finita no tempo e, voltando ao início do meu argumento, eu proporia que em algum momento minha viagem espacial chegará ao fim.

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Traduzido de Is space infinite? We asked 5 experts

Etiquetas:

entrevista - infinitude do espaço (sideral) - astronomia - astrofísico - filosofia/história da ciência