*Este artigo é de autoria de Enrique Gaztanaga, docente no Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth (Reino Unido), e foi divulgado na plataforma The Conversation Brasil.
Comumente, o Big Bang é apresentado como a explosão inicial do nosso Universo — um evento singular em que espaço, tempo e matéria vieram à existência. Mas e se esse não tivesse sido o começo real? E se a origem do nosso Universo se desse a partir de outra realidade, algo ao mesmo tempo mais familiar e revolucionário?
Em um artigo recente publicado na revista científica Physical Review D, meus colegas e eu introduzimos uma proposta intrigante. Nossos cálculos indicam que o Big Bang pode não ter sido o início de tudo, mas sim o resultado de um colapso gravitacional que gerou um buraco negro massivo, seguido de um “rebote” dentro dele.
Chamamos essa concepção de “Universo do buraco negro”, que apresenta uma visão radicalmente diferente sobre nossas origens cósmicas, mas que se baseia firmemente em princípios físicos e observações conhecidas.
O modelo cosmológico padrão, fundamentado no Big Bang e na inflação cósmica (a ideia de que o Universo inicial expandiu-se rapidamente), tem se mostrado extremamente eficaz em explicar a estrutura e a evolução do Cosmos. Entretanto, essa eficácia vem acompanhada de um custo: muitas questões fundamentais permanecem sem resposta.
Por exemplo, o modelo do Big Bang inicia-se com uma singularidade — um ponto de densidade infinita onde as leis da física se rompem. Isso não é apenas uma limitação técnica; é um dilema teórico profundo que sugere que não compreendemos verdadeiramente o começo de tudo.
Para descrever a estrutura em grande escala do Universo, os físicos introduziram uma fase inicial de rápida expansão, conhecida como inflação cósmica, que é alimentada por um campo desconhecido com propriedades peculiares. Mais tarde, para explicar a expansão acelerada observada atualmente, foi acrescentado outro elemento “misterioso”: a energia escura.
Em síntese, o modelo cosmológico padrão opera bem, mas somente ao se introduzirem novos elementos que nunca foram observados diretamente. Enquanto isso, questões fundamentais permanecem: de onde tudo surgiu? Por que começou assim? E por que o Universo é tão plano, homogêneo e vasto?
Nosso novo modelo aborda essas indagações de uma perspectiva inovadora — focando no que ocorre internamente ao invés de externamente. Em vez de partir de um Universo em expansão e tentar rastrear sua origem, examinamos o que acontece quando uma massa excessivamente densa entra em colapso sob a influência da gravidade.
Esse processo é bem conhecido: estrelas colapsam em buracos negros, que são os objetos mais bem compreendidos na física. Contudo, o que acontece dentro de um buraco negro, além do horizonte de eventos de onde nada pode escapar, continua a ser um enigma.
Em 1965, o físico britânico Roger Penrose demonstrou que, sob condições gerais, o colapso gravitacional deve resultar em uma singularidade. Essa conclusão, que foi aprofundada pelo falecido físico britânico Stephen Hawking e outros, sustenta a noção de que as singularidades — como a do Big Bang — são inevitáveis.
Esse raciocínio ajudou Penrose a ganhar parte do Prêmio Nobel de Física de 2020 e inspirou o best-seller de Hawking “Uma Breve História do Tempo: Do Big Bang aos Buracos Negros”. No entanto, há uma ressalva. Esses “teoremas da singularidade” se fundamentam na “física clássica”, que descreve objetos macroscópicos comuns. Se considerarmos os efeitos da mecânica quântica, que governa o diminuto universo de átomos e partículas, a narrativa pode mudar.
Em nosso novo artigo, mostramos que o colapso gravitacional não precisa conduzir a uma singularidade. Encontramos uma solução analítica exata — um resultado matemático sem aproximações. Nossa matemática revela que, ao nos aproximarmos da potencial singularidade, o tamanho do Universo se comporta como uma função (hiperbólica) do tempo cósmico.
Essa solução matemática simples descreve como uma nuvem de matéria em colapso pode alcançar um estado de alta densidade e, em seguida, ricochetear, retornando a uma nova fase de expansão.
Mas por que os teoremas de Penrose proíbem tais resultados? Isso se resume a uma regra chamada princípio de exclusão quântica de Pauli, que afirma que duas partículas do tipo conhecido como férmions não podem ocupar o mesmo estado quântico (como o momento angular ou “spin”).
Demonstramos que essa regra impede que as partículas na matéria em colapso sejam comprimidas indefinidamente. Como consequência, o colapso é interrompido e revertido. O “rebote” não é apenas viável — ele se torna inevitável sob as condições apropriadas.
Importante ressaltar que esse rebote acontece inteiramente dentro dos parâmetros da Relatividade Geral, que se aplica em grandes escalas, como estrelas e galáxias, combinada com os princípios fundamentais da mecânica quântica — não são necessários campos exóticos, dimensões adicionais ou teorias especulativas.
O que emerge após o rebote é um Universo notavelmente semelhante ao nosso. Mais fascinante ainda é que esse retorno gera naturalmente as duas fases distintas da expansão acelerada — inflação e energia escura — impulsionadas não por campos hipotéticos, mas pela própria física do rebote.
Um dos pontos positivos desse modelo é que ele gera previsões que podem ser testadas. Ele antecipa uma quantidade pequena, mas diferente de zero, de curvatura espacial positiva — o que sugere que o Universo não é exatamente “plano”, mas ligeiramente curvado, assim como a superfície da Terra.
Isso é simplesmente uma herança do pequeno excesso de densidade inicial que desencadeou o colapso. Se observações futuras, como a missão Euclid em andamento, confirmarem uma leve curvatura positiva, isso seria um forte indicativo de que nosso Universo realmente emergiu de tal rebote. O modelo também prevê a taxa de expansão do Universo atual, um aspecto que já foi verificado.
Esse modelo não apenas corrige problemas técnicos da Cosmologia padrão, mas pode também oferecer novas perspectivas sobre outros mistérios profundos em nossa compreensão do Universo primitivo — como a origem dos buracos negros supermassivos, a natureza da matéria escura ou a formação e evolução hierárquica das galáxias.
Essas questões serão investigadas por futuras missões espaciais, como a Arrakihs, que estudará características difusas, como halos estelares (estruturas esféricas de estrelas e aglomerados globulares que cercam as galáxias) e galáxias satélites (galáxias menores orbitando galáxias maiores), que são desafiadoras de detectar com telescópios tradicionais na Terra e que nos ajudarão a entender melhor a matéria escura e a evolução das galáxias.
Esses fenômenos também podem estar interligados a relíquias de objetos compactos — como buracos negros — que se formaram durante a fase de colapso e sobreviveram ao rebote.
O “Universo do buraco negro” também proporciona uma nova perspectiva sobre nosso lugar no Cosmos. Nesse conceito, todo nosso Universo observável reside dentro de um buraco negro que se formou em um Universo “pai” maior.
Não somos especiais, assim como a Terra não era na visão geocêntrica que levou Galileu (o astrônomo que propôs que a Terra girava em torno do Sol nos séculos XVI e XVII) a ser colocado sob prisão domiciliar.
Não estamos presenciando o surgimento de tudo a partir do nada, mas sim a continuidade de um ciclo cósmico — um ciclo moldado pela gravidade, pela mecânica quântica e pelas profundas interconexões que existem entre esses fenômenos.
Acompanhe a editoria de Saúde e Ciência no Instagram e mantenha-se atualizado sobre o assunto!
Receba atualizações sobre Saúde e Ciência diretamente no seu WhatsApp, acessando o canal de notícias do Metrópoles no WhatsApp.
Para saber mais sobre ciência e nutrição, confira todas as reportagens da seção de Saúde.
