Qual é a forma do Universo? - Médico - 2023

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O Universo observável tem um diâmetro de 93 bilhões de anos-luz. O Cosmos, que vem se expandindo a uma taxa acelerada há 13,8 bilhões de anos desde o Big Bang, é incrivelmente grande. Na verdade, é o maior.

O Universo contém tudo, mas não está dentro de nada. E um dos maiores mistérios do Cosmos é sua forma. E como podemos saber a forma de algo que nos contém? Se já era difícil para a humanidade descobrir que nossa Terra é esférica, o desafio de determinar a forma do Universo parecia praticamente impossível.

Felizmente, as mentes mais brilhantes da astronomia se esforçaram muito para responder a isso. Uma das incógnitas mais incríveis. Qual é a forma do nosso Universo? Muitas teorias foram propostas. Tem-se falado de um Cosmos plano, esférico, hiperbólico e até mesmo, surpreendentemente, em forma de donut.

No artigo de hoje, embarcaremos em uma viagem emocionante aos limites do Universo para compilar tudo o que sabemos sobre sua geometria. Tudo parece indicar que é plano, mas fique conosco para descobrir o porquê. Sua cabeça vai explodir.

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O Princípio Cosmológico: descartando geometrias no Universo

A priori, existem infinitas geometrias que podem moldar o Universo. E você pode me dizer que tem a forma de uma tartaruga e pensar que, já que não podemos saber exatamente, não posso negar. E lamento dizer isso, mas podemos. Para uma coisa chamada Princípio Cosmológico.

O Princípio Cosmológico é uma hipótese que nos diz que, de acordo com todas as medidas e estimativas matemáticas, o Universo é isotrópico e homogêneo.. Como hipótese de que é, pode ser contestada no futuro, mas por enquanto é considerada verdadeira.

Isso basicamente significa que o Universo é o mesmo em todos os lugares. Ou seja, não há nenhum ponto do Cosmos substancialmente diferente de outro. Além do fato de que cada região é única no que diz respeito a galáxias, estrelas, planetas, etc., o próprio espaço é homogêneo.

Mas o que significa ser isotrópico? A isotropia observada no Universo como um todo significa que as propriedades físicas que inspecionamos não dependem da direção em que são examinadas. O Cosmos transmite seus elementos igualmente em qualquer direção. Os resultados obtidos na análise das magnitudes do Universo são os mesmos independentemente da direção que escolhemos para a análise.

Com essa homogeneidade e essa isotropia, já podemos descartar praticamente todas as geometrias imagináveis. Para que se cumpra o fato de que o Cosmos é o mesmo em todos os pontos do espaço e que as magnitudes são as mesmas independentemente da direção de observação, só pode ter uma forma uniforme.

Em outras palavras, todas as geometrias que não são uniformes são descartadas. Portanto, não pode ser um cubo, nem um triângulo, nem um retângulo, nem um losango, nem, desculpe, uma tartaruga. Só pode ser uma geometria uniforme.

Nesse sentido, graças ao Princípio Cosmológico, estamos basicamente com quatro geometrias possíveis e, portanto, temos quatro hipóteses a respeito da forma do Universo:

Hipótese euclidiana: A hipótese Euclidiana nos diz que a geometria do Universo seria plana. Ou seja, o espaço que contém as galáxias do Cosmos seria na verdade plano. Embora esta forma implicaria que o Universo é infinito e que, portanto, não há arestas.
Hipótese esférica: A hipótese esférica nos diz que a geometria do Universo seria a de uma esfera. Em outras palavras, o espaço que contém as galáxias do Cosmos seria na verdade uma bola esférica fechada. Esta forma implicaria que o Universo é, sendo fechado, finito. Não pode ser infinito.
Hipótese hiperbólica: A hipótese hiperbólica nos diz que a geometria do Universo seria uma hipérbole. Ou seja, o espaço que contém as galáxias do Cosmos seria, na verdade, uma hipérbole, uma curva aberta. Uma batata Pringle, para que nos entendamos. Teria uma curvatura como a esfera, mas não fecharia. Como não está fechado, isso implica que, como na hipótese plana, o Universo seria infinito.
Hipótese toroidal: A hipótese mais surpreendente. A geometria toroidal sugere que a forma do Universo seria a de um donut. Sim, o espaço que contém as galáxias do Cosmos teria, segundo essa hipótese, o formato de um donut. Isso permitiria a existência de um Universo plano, mas finito.

Em resumo, com o Princípio Cosmológico estamos descartando todas as geometrias não uniformes e ficar com quatro hipóteses principais. A forma do Universo só pode ser de quatro tipos: euclidiana, hiperbólica, esférica ou toroidal. Agora, o Universo é uma esfera, um plano, uma hipérbole ou uma rosquinha gigante? Vamos continuar nossa jornada.

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O pano de fundo da microonda cósmica: que geometria tem o universo?

Como você pode ver, percorremos um longo caminho. De uma infinidade de geometrias, ficamos com apenas quatro. O Universo é uma esfera, um plano, uma hipérbole ou uma rosquinha. Não há mais. Um desses quatro é a geometria real do Universo. O problema é ficar com um desses quatro candidatos. Temos que ir descartando.

O Universo tem a forma de um donut?

E, infelizmente, porque eu sei que era o que você queria, geometria toroidal foi recentemente descartada. O Universo não tem, em princípio (e no final do artigo faremos uma observação), um formato de donut. Mas porque?

A teoria do formato do donut é muito atraente e na verdade responde a muitas incógnitas sobre a geometria do Universo. Sua existência seria totalmente possível, já que uma curvatura do espaço com esta forma nos permitiria ter um espaço plano, mas finito. Com a teoria do Universo plano (geometria euclidiana), é necessário, sim ou sim, que o Cosmos seja infinito. Com o toroidal, podemos ter um Universo cujo espaço é finito, mas permanece plano.

Se fosse um donut, poderíamos nos mover em um espaço plano, mas, para onde quer que você se mova, você voltaria ao mesmo lugar. Tem uma curvatura longitudinal (como se você estivesse contornando toda a borda do donut) e transversal (como se você estivesse colocando um anel no donut). Isso explica muitas coisas que observamos no Universo, mas falha em um aspecto fundamental.

A geometria do donut nos diz que não é que as galáxias estão localizadas seguindo a forma de um donut (porque isso implicaria na existência de uma borda que não podemos ver), mas que o espaço que as contém é, na verdade, em forma de donut. Isso permitiria a existência de um Universo finito que, graças a esta curvatura de donut, pareceria infinito. Isso é muito bom, mas, como dizemos, falha.

E é que as duas curvaturas (a longitudinal e a transversal) são muito diferentes. Um (o longitudinal) é muito maior do que o outro (o transversal). E "diferente" implica não homogeneidade. E "falta de homogeneidade" implica romper com o Princípio cosmológico que discutimos.

Se o Universo tivesse o formato de um donut, levando em consideração a existência de duas curvaturas diferentes, a luz se propagaria de maneiras diferentes.. Dependendo de onde a luz veio, nós a perceberíamos de forma diferente. E não é isso que acontece. Como já dissemos, o Universo é isotrópico. Vemos que sempre tem a mesma curvatura.

Portanto, embora faremos um comentário final, a geometria da rosca, infelizmente, foi descartada. Ele ficou nas semifinais. No final, vêm as formas esféricas, planas e hiperbólicas. Quem será o vencedor?

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Esfera, plana ou hiperbólica? Como é o Universo?

Quase chegamos ao fim de nossa jornada. Como vimos, as únicas geometrias permitidas tanto pelo que dizem os modelos matemáticos como pelas observações que fazemos do Cosmos, bem como pelo Princípio Cosmológico, são a euclidiana, a hiperbólica e a esférica. Ou seja, o Universo é plano ou é uma hipérbole (é como uma batata Pringle) ou esférico. Apontar.

Como mencionamos antes, se tiver a forma plana ou hiperbólica, o Universo teria que ser, sim ou sim, infinito. E se tem forma esférica, tem que ser, sim ou sim, finito. O fato de ser esfera permitiria que, apesar de não ser infinito, se repetisse.

Portanto, se descobrirmos se o Universo é infinito ou finito, seremos capazes de saber sua forma? Eu desejo. Além disso, se descobríssemos que é finito, já poderíamos confirmar que é esférico. O problema é que é impossível saber se o Universo tem fim ou não. Portanto, devemos encontrar outra maneira de encontrar a geometria do Cosmos.

E é aqui que o fundo cósmico de micro-ondas finalmente entra em ação. Só sei que É a radiação que chegou até nós do Big Bang. Em outras palavras, eles são os restos fósseis mais antigos do Universo. É o mais distante (e antigo) que podemos perceber do nosso Universo. Vem de uma época em que não havia luz, apenas radiação. E podemos perceber essa radiação.

O fundo cósmico de microondas.

Mas o que isso tem a ver com geometria? Bem, essa radiação viajou muito para chegar até nós. Muitíssimo. Então, se há algo no Universo que foi capaz de experimentar os efeitos da curvatura (ou nenhuma curvatura) do Cosmos, é essa radiação cósmica de fundo.

Concordaremos que se o Universo for plano, sua curvatura é 0. E se for esférico ou hiperbólico, terá curvatura. E, portanto, essa curvatura será diferente de 0. Isso é muito claro e muito lógico. Além disso, se a curvatura for positiva (maior que 0), significa que sua forma é esférica. E se a curvatura for negativa (menor que 0), será hiperbólica.

E como calculamos essa curvatura? Bem, vendo a distorção que esta radiação cósmica sofreu (ou não sofreu) ao longo de sua jornada desde o Big Bang. O que os astrônomos estavam procurando era ver como a radiação cósmica de fundo era afetada pela curvatura do Universo.

Como você pode ver, a radiação cósmica de fundo tem uma série de pontos. Bem, o que fazemos é compare as estimativas matemáticas do tamanho dessas manchas com o tamanho que realmente vemos, isto é, com o que chegou até nós. Se o Universo tivesse uma forma esférica, sua curvatura seria positiva, o que teria causado a distorção para nos fazer ver os pontos maiores do que os modelos matemáticos estimam.

Se, ao contrário, o Universo tivesse uma forma hiperbólica (uma curva aberta), sua curvatura seria negativa, o que teria causado a distorção para nos fazer ver os pontos menores do que os modelos matemáticos estimam.

E, finalmente, se o Universo fosse plano, sua curvatura seria zero, o que significaria que não haveria distorção na radiação cósmica de fundo e que veríamos esses pontos com o mesmo tamanho estimado por modelos matemáticos.

E o que vemos? Vemos que não há distorção. Ou, pelo menos, que estamos muito próximos de 0 em curvatura. Portanto, com o que vimos, o Universo não pode ser nem esférico nem hiperbólico. A análise de distorção da radiação cósmica de fundo indica que a geometria do Universo é plana.

Então, qual é a forma do Universo?

Como vimos, as pesquisas mais recentes apontam na direção de que o Universo é plano. O problema é que, Embora saibamos que é em torno de 0 para curvatura, não podemos ter certeza disso. O fato de ter uma ligeira curvatura mudaria absolutamente tudo, pois além de poder ser esférico ou hiperbólico, iríamos de uma ideia de Universo infinito a uma concepção de um Cosmos finito.

Além disso, não sabemos qual é a verdadeira escala do Universo. Sabemos que é imenso. Mas não tão grande. Somos limitados pelo que podemos ver, que é determinado pela velocidade da luz. Talvez o problema seja que a porção que podemos medir é, de fato, plana, mas o Universo é tão incrivelmente (muito mais do que pensamos) que, na melhor das hipóteses, somos uma parcela que parece plana dentro de um "todo" esférico, hiperbólico e até em formato de donut. O mesmo pode acontecer conosco como na Terra. Em uma escala humana, sua superfície parece plana. Mas porque a curvatura é imperceptível.

Em resumo, o Universo que podemos medir parece plano ou, no mínimo, com uma ligeira curvatura. Mas isso não significa que possamos ter certeza disso. A resposta, então, parece longe de ser totalmente respondida. Até que saibamos exatamente se é infinito ou, se finito, quão grande ele realmente é, a geometria do Universo permanecerá um grande mistério.

O Universo parece ser plano ou com uma curvatura muito leve.