O Universo, do Big Bang aos Buracos Negros

De Paulo Crawford

O que é o universo? Quando e como surgiu? Quer conhecer as respostas dadas por cientistas a estas perguntas nos últimos 100 anos? Então, este livro foi escrito para si. Discute o universo, do Big Bang aos buracos negros e às conjecturas actuais sobre a existência de muitos universos. Revela, entre muitas outras coisas, que os buracos negros não têm cabelo e podem engoli-lo, se viajar pelo espaço, passar perto deles e estiverem em rotação, e que o universo está em expansão desacelerada há cinco milhares de milhões de anos e só 5% da sua composição é matéria, sendo os restantes 95% partilhados pelas chamadas matéria escura e energia escura. Confuso? Não. Fascinante, sobretudo porque é cada vez mais fiável, e de urgente tradução para linguagem comum, o conhecimento adquirido através da investigação do espaço profundo.
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• Idioma: Português
• Editora: Fundação Francisco Manuel dos Santos
• Data de lançamento: 1 de mai. de 2022
• ISBN: 9789899064492

Paulo Crawford

Paulo Crawford é físico teórico, professor aposentado da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e investigador do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço. O seu interesse foi sempre a teoria da Relatividade e Cosmologia e a divulgação da obra de Einstein. A expansão e desaceleração do universo, a colisão de buracos negros e as ondas gravitacionais foram temas de palestras e cursos que deu no Observatório Astronómico de Lisboa e nas aulas da FCUL.

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Prefácio

Comecei a tomar consciência do desenvolvimento científico da Cosmologia no final dos anos 70 do século XX, ao iniciar a minha investigação de doutoramento em Física no King´s College da Universidade de Londres. Aí segui um percurso diverso, por contingências alheias. Tendo iniciado investigação, com Paul Davies, sobre a criação de partículas em certos modelos cosmológicos, fui levado a abandonar essa investigação e a iniciar-me, sob a orientação de John G. Taylor, nas teorias de Supergravidade, que combinam partículas bosónicas (com spin inteiro) como é o fotão, o quantum de luz, com fermiónicas (com spin semi-inteiro) como é o electrão. A Supersimetria haveria de dar lugar, mais tarde, ao estudo das Supercordas, que procuravam unificar todas as interacções físicas. Porém, a partir de 1982, com o aparecimento dos chamados modelos cosmológicos inflacionários, iniciei finalmente a investigação que daria origem à minha tese de doutoramento, na Universidade de Lisboa. E desde então a Cosmologia tem sido o meu campo de trabalho por excelência, a par de alguma investigação histórica sobre a génese da relatividade geral e das suas aplicações posteriores.

Após a defesa da minha tese, reiniciei a docência no Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), e comecei a orientar as duas primeiras teses da licenciatura em Física, sobre temas de Gravitação e Cosmologia na FCUL. Na sequência dessa investigação, orientei a primeira tese de doutoramento de um desses alunos, que é hoje vice-reitor da Universidade da Beira Interior, uma das primeiras teses em Cosmologia após a minha em universidades portuguesas. A continuação lógica das orientações dessas teses foi a formação de um dos primeiros grupos de investigação, que hoje, muito mais tarde, e com a contribuição de muitos outros investigadores, deu origem à formação de um grupo de Cosmologia no Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, a que ainda pertenço, presentemente coordenado pelo Francisco Lobo, um dos meus antigos alunos, cujos mestrado e doutoramento decorreram sob a minha orientação. Actualmente, o Instituto integra várias dezenas de investigadores, onde se incluem muitos dos meus antigos colaboradores.

A par das tarefas de investigação, docência e formação pós-graduada, sempre me atraiu comunicar, através de palestras, cursos e artigos de divulgação, com o público generalista interessado nas origens do universo, na teoria da relatividade e no impacto das contribuições de Einstein. Muitos destes cursos tiveram lugar no Observatório Astronómico de Lisboa, na Tapada da Ajuda. O convite que me foi feito pela Fundação Francisco Manuel dos Santos, na pessoa do Dr. António Araújo, permitiu-me sintetizar o meu conhecimento da Cosmologia e da sua história e mais uma vez comunicar com o grande público. Foi um repto irrecusável de enorme responsabilidade, o de publicar um texto na colecção Ensaios da Fundação. Agradeço à Fundação Francisco Manuel dos Santos esta oportunidade, bem como o apoio e as sugestões dos colegas e amigos que muito prezo, Ana Nunes, Carlos Fiolhais e Francisco Lobo, para além dos conselhos, sempre presentes, da Ana Simões, que mais uma vez me acompanhou nesta aventura.

O que o leitor vai encontrar neste livro

Ao longo destas páginas discute-se o universo, do Big Bang aos buracos negros e às conjecturas actuais sobre a existência de muitos universos. Começa-se com a extraordinária descoberta de Edwin Hubble da existência de outras galáxias, a Andrómeda e o Triângulo, para além da Via Láctea, às quais mais tarde se juntariam outras que formam o chamado Grupo Local, para depois se descobrir a existência dos muitos outros grupos de galáxias que povoam o nosso universo (Capítulo 1).

Mas, afinal, o que é o universo? Qual foi a sua origem? E como era no seu início? São estas as perguntas que nos vão acompanhar ao longo deste livro.

Mas, antes de procurar respostas para todas estas questões, começo por discutir a transição da Física de Isaac Newton para a de Albert Einstein, pois sem essa mudança não é possível entender a evolução do conceito de universo que decorre de algumas das soluções das equações da teoria da relatividade geral de Einstein (Capítulo 2).

Mesmo depois de iniciar os leitores na Física de Einstein, estas perguntas vão ainda permanecer em aberto. Quanto à segunda pergunta, é de esperar que a resposta de um crente seja afirmar que a origem do universo é obra de um Deus criador. Porém, se esse crente for também astrofísico, poderá ter algo mais a acrescentar sobre o que os cientistas hoje entendem por universo, e poderá mesmo tentar explicar o que aconteceu ao universo na sua origem, de acordo com a ciência actual. Assim, seria provável que explicasse que, no princípio, existiu uma singularidade do espaço-tempo, o chamado Big Bang, a partir da qual se operou uma rápida expansão do universo primitivo (Capítulo 3).

Antes que o nosso astrofísico tenha tempo para prosseguir a sua exposição, volte-se a fazer-lhe uma nova pergunta, esta mais fácil. Quando, ou há quanto tempo, foi criado o universo? Para responder a esta nova pergunta, o astrofísico apoiar-se-á, provavelmente, nas observações do telescópio espacial Hubble, bem como nas observações da missão espacial não tripulada Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), que operou entre 2001 e 2010 e que permitiu concluir que o Big Bang teve lugar há cerca de 13,77 mil milhões de anos. E poderá ainda acrescentar que, nos primeiros instantes, o universo era constituído por uma «sopa», muitíssimo densa e bastante quente de partículas elementares, tanto de matéria como de antimatéria, na presença de radiação electromagnética. E, provavelmente, esse «caldo» já incluía alguns dos componentes mais exóticos, conhecidos pelas designações de «matéria escura» e de «energia escura», aos quais me refiro ao longo deste livro, mas em particular no Capítulo