Geral especulações sobre a natureza do mundo são tão antigos como os gregos pré-Socráticos são filósofos, mas uma verdadeira cosmologia científica não poderia ser formulado até que houvesse algum conhecimento das leis básicas da natureza. A descoberta de Isaac Newton da gravidade universal do inverso do quadrado deu a primeira oportunidade séria para tal empreendimento. Como a gravidade é atraente, um problema imediato era explicar por que o universo não colapsou sobre si mesmo., Os movimentos planetários impediram que isso acontecesse no sistema solar, mas e as “estrelas fixas”? A resposta primeiramente sugerida foi que em um universo de extensão infinita, povoado uniformemente por estrelas, as forças atrativas em diferentes direções se anulariam mutuamente, dando equilíbrio.no entanto, havia um problema com a ideia de um cosmos ilimitado. Cada linha de visão teria de terminar algures na superfície de uma estrela. Em 1823, Wilhelm Olbers salientou que isso implicaria que o céu noturno estava em toda parte uniformemente brilhante., A resolução moderna deste paradoxo baseia-se no fato de que a velocidade finita da luz e a idade finita do universo juntos significam que apenas um número finito de estrelas são realmente visíveis para nós.uma importante descoberta foi feita no final do século XVIII por Sir William Herschel. Ele descobriu que a faixa de luz conhecida como Via Láctea é na verdade composta por uma infinidade de estrelas, constituindo uma vasta galáxia da qual o sistema solar é apenas um pequeno componente. Os primeiros especuladores, incluindo Immanuel Kant (1724-1804), propuseram que este poderia ser o caso., Eles também sugeriram que as manchas luminosas chamadas nebulosas poderiam ser outros “universos insulares”, semelhantes à Via Láctea, mas a grandes distâncias dela. A questão não foi finalmente resolvida até o século XX, mas a idéia já estava no ar que criou a realidade pode ser muito mais vasto do que tinha sido suposto antes.
distâncias para as estrelas próximas podem ser medidas por paralaxe, o ligeiro deslocamento na posição Celeste aparente à medida que a terra se move em torno de sua órbita., Além desse alcance, estimar a distância depende do estabelecimento de uma vela padrão, uma fonte de luz de intensidade conhecida, cuja intensidade observada escurece então proporciona uma medida de sua distância. Estrelas de brilho regular flutuante, chamadas variáveis cefeidas, fornecem esta medida, pois sabe-se que seu brilho intrínseco está estritamente correlacionado com o período de sua variação. Em 1924 Edwin Hubble usou este método para estabelecer que a Nebulosa de Andrômeda é uma galáxia distante, agora conhecida por estar a cerca de dois milhões de anos-luz da Via Láctea.,Hubble então fez sua maior descoberta. A luz de galáxias distantes encontra-se avermelhada em comparação com a mesma luz de uma fonte terrestre. Isto é interpretado como devido ao efeito do movimento recessional, e o grau de avermelhamento induzido está correlacionado com a velocidade da recessão. The effect (Doppler shift) is similar to the change in frequency of an ambulance siren due to the motion of the vehicle. Hubble descobriu que a taxa a que uma galáxia está recuando é proporcional à sua distância., Isto foi então interpretado como um efeito devido à expansão do próprio espaço. Assim como os pontos na superfície de um balão se afastam uns dos outros como o balão é insuflado, assim como o espaço se expande ele carrega as galáxias com ele. A descoberta do universo em expansão por Hubble teve um efeito profundo no desenvolvimento da teoria cosmológica.
cosmologia relativística
Newton considerou o espaço como um recipiente dentro do qual o movimento dos átomos materiais ocorreu no curso do fluxo do tempo absoluto., A descoberta de Albert Einstein da teoria da relatividade geral mudou completamente este quadro.em 1908, Einstein teve o que considerava ser o seu pensamento mais feliz. Ele percebeu que se ele estivesse caindo livremente, ele estaria completamente inconsciente da gravidade. Esta observação aparentemente insignificante levou-o a reconhecer o princípio da equivalência, que está na raiz da relatividade geral., Existem dois significados conceitualmente distintos da massa: massa inercial (medindo a resistência do corpo a ter seu estado de movimento alterado) e massa gravitacional (medindo a força da interação do corpo com um campo gravitacional). Apesar de sua distinção conceitual, estas duas medidas são sempre numericamente idênticas. Quantitativamente, massa inercial e gravitacional são equivalentes. Isto implica que todos os corpos se movem da mesma forma em um campo gravitacional., Dobrar a massa duplicará a resistência inercial a uma mudança de movimento, mas também duplica a força gravitacional que efetua a mudança. Em conseqüência, o movimento resultante é o mesmo. Este comportamento universal significa que os efeitos da gravidade sobre os corpos individuais podem ser reinterpretados como uma consequência geral das propriedades do próprio espaço, ou mais precisamente, levando em conta a descoberta anterior de Einstein da estreita associação mútua da relatividade especial do espaço e do tempo, as propriedades do espaço-tempo tridimensional., Os conceitos de espaço, tempo e matéria, mantidos bastante distintos por Newton, foram unidos por Einstein em um único pacote. Ele transformou a física gravitacional em Geometria. A matéria curva o espaço-tempo e a curvatura do espaço-tempo por sua vez afeta os caminhos da matéria. Não há tempo sem espaço e matéria, um ponto que Agostinho havia percebido quinze séculos antes.
Einstein decidiu trabalhar para descobrir as equações que dariam expressão quantitativa à sua ideia. A busca foi longa, mas em novembro de 1915 ele bateu neles., Imediatamente ele foi capaz de mostrar que eles previram um pequeno desvio no comportamento do planeta Mercúrio, que já havia sido observado, mas que tinha desafiado a explicação Newtoniana. Mais tarde, em 1919, observações de um eclipse solar total confirmaram outra previsão, relacionada com a curvatura da luz das estrelas pelo sol. Durante a noite, Einstein tornou-se na imaginação do público o herói científico icónico.esta integração do espaço, do tempo e da matéria em uma única teoria deu a oportunidade de construir um relato verdadeiramente científico de todo o universo. No entanto, parecia haver um problema., Na época, os físicos ainda acreditavam que a teoria cosmológica deveria produzir uma imagem estática. A física deveria ser a última das ciências a reconhecer o verdadeiro significado da temporalidade e do processo de desenvolvimento. Os geólogos chegaram lá no final do século XVIII, e em meados do século XIX os biólogos, com a publicação da origem das espécies de Charles Darwin em 1859, tinham seguido o exemplo. No início do século XX, os físicos ainda mantinham a noção aristotélica de um cosmos eternamente imutável. Einstein não conseguiu encontrar uma solução estática das suas equações., Consequentemente, quando publicou suas propostas cosmológicas em 1918, ele remendou com as equações, adicionando um termo extra (a constante cosmológica). Representava uma espécie de antigravidade, uma força repulsiva projetada para contrabalançar a grandes distâncias a força atrativa da gravidade convencional.Einstein mais tarde chamou a esta adição o maior erro de sua vida., Ele tinha perdido a chance de prever um universo em expansão, pois suas equações não modificadas tinham soluções (descobertas pelo meteorologista russo Alexander Friedmann e pelo padre belga Georges Lemaître) que correspondiam ao comportamento observado mais tarde por Hubble. Além disso, sua solução estática proposta não funcionou realmente, pois era instável e teria desmoronado sob perturbação.
cosmologia do Big Bang
Se as galáxias estão atualmente se afastando, então no passado elas devem ter estado mais próximas umas das outras., Isto leva à conclusão de que o universo que observamos hoje parece ter emergido do Big Bang, um estado primitivo de matéria imensamente condensada e energética. As estimativas actuais apontam para esta emergência há 13,7 mil milhões de anos.
tomado literalmente, o Big Bang em si é um instante de densidade infinita e energia, uma singularidade que está além do poder da ciência convencional para analisar. (Algumas ideias altamente especulativas sobre o universo primitivo, perto do Big Bang, serão discutidas abaixo.,) Embora algumas pessoas religiosas (incluindo o Papa Pio XII) sucumbiram à tentação de falar do Big Bang como “o momento da criação”, este foi claramente um erro teológico. A doutrina judaico-cristã-Islâmica da criação se preocupa com a origem ontológica (por que há algo em vez de nada?), em vez de origem temporal (como tudo começou?). Deus é tanto o Criador hoje como Deus era 13,7 bilhões de anos atrás. A cosmologia do Big Bang é muito interessante cientificamente, mas não é criticamente significativa.,no entanto, três cosmólogos, Hermann Bondi, Fred Hoyle e Thomas Gold, temiam que a cosmologia do Big Bang pudesse favorecer a religião, e assim na década de 1960 eles propuseram uma teoria alternativa do estado estacionário, a imagem de um universo eterno sempre amplamente o mesmo. Este retorno à Aristotélica de ideias foi reconciliada com a recessão das galáxias, pela suposição de que a criação contínua de matéria, ocorrendo a uma taxa muito pequena para ser observada, mas suficiente ao longo do tempo para preencher as lacunas deixadas pelo movimento dos já existentes galáxias., Outros resultados de observação descartaram esta ideia.à medida que o universo se expande, arrefece. Na época em que era um microssegundo Velho, sua temperatura já estava no nível onde os processos cósmicos que estavam ocorrendo tinham energias suficientemente baixas para que os cientistas possuíssem uma compreensão confiável de sua natureza. A discussão é ainda mais simplificada pelo fato de que o universo inicial era quase uniforme e sem estrutura, tornando-o um sistema físico muito simples de considerar.,
na época em que tinha cerca de três minutos de idade, o universo havia esfriado na medida em que as interações nucleares cessaram em uma escala cósmica. Como resultado, a estrutura nuclear bruta do mundo ficou fixa no que ainda é hoje, três quartos de hidrogênio e um quarto de hélio. Na época em que o cosmos tinha cerca de meio milhão de anos de idade, um resfriamento adicional o levou ao ponto em que a radiação não era mais energética o suficiente para quebrar quaisquer átomos que tentassem se formar. Matéria e radiação, em seguida, dissociado e o último foi deixado simplesmente para arrefecer ainda mais à medida que a expansão cósmica continuou., Hoje esta radiação está muito fria, três graus acima do zero absoluto. Foi observado pela primeira vez em 1964 por Arno Penzias e Robert Wilson. Conhecida como radiação cósmica de fundo, forma um depósito fossilizado deixado da era do big bang, dizendo-nos como era o universo quando tinha meio milhão de anos. Uma das coisas que aprendemos é que o cosmos era então muito uniforme, com flutuações sobre a densidade média que se elevavam a não mais de uma parte em dez mil., Esta radiação de fundo pagou à teoria do estado estacionário, que não podia explicar suas propriedades da forma natural que era possível para a cosmologia do Big Bang.a gravidade tem o efeito a longo prazo de aumentar pequenas flutuações. Um pouco mais de matéria aqui do que ali produziu um pouco mais de atração aqui do que ali, desencadeando assim um efeito de queda de neve pelo qual o universo eventualmente se tornou lumpy com galáxias e estrelas. Por uma idade cósmica de um bilhão de anos este processo estava em pleno andamento. À medida que as estrelas se condensavam, aqueciam-se e as reacções nucleares recomeçavam à escala local., Inicialmente, as estrelas queimam convertendo hidrogênio em hélio. Em um estágio posterior de desenvolvimento estelar, elementos mais pesados, como carbono e oxigênio, são formados por outros processos nucleares. Dentro de uma estrela esta sequência não pode ir além do ferro, o mais estável da espécie nuclear. No final de suas vidas, no entanto, algumas estrelas explodem como supernovas, não apenas espalhando os elementos que eles fizeram para o meio ambiente, mas também, no próprio processo explosivo, gerando os elementos faltantes além do ferro. Desta forma, os noventa e dois elementos químicos eventualmente tornaram-se disponíveis., Um dos grandes triunfos da astrofísica do século XX foi desvendar os detalhes dos delicados processos de nucleossíntese. Quando se formou uma segunda geração de estrelas e planetas, havia um ambiente químico suficientemente rico para permitir o desenvolvimento da vida. Assim começou um dos mais notáveis desenvolvimentos na história cósmica conhecida por nós. Com o surgimento da autoconsciência, o universo tornou-se consciente de si mesmo.,como os cientistas passaram a entender os processos evolutivos da história cósmica, eles começaram a perceber que a possibilidade para o desenvolvimento da vida baseada no carbono dependia criticamente dos detalhes das leis da natureza efetivamente operando no universo. A coleção de insights apontando para esta conclusão foi dado o nome do princípio antrópico, embora o princípio do carbono teria sido uma escolha melhor, pois é a generalidade da vida, em vez da especificidade do Homo sapiens, que está envolvido., Muitos exemplos foram dados desses “afinações finas” antropicos.”
Um é fornecido pelos processos estelares pelos quais os elementos necessários para a vida foram formados. Cada átomo de carbono em cada corpo vivo já esteve dentro de uma estrela, e o processo pelo qual esse carbono foi feito depende criticamente dos detalhes quantitativos da física nuclear. Três núcleos de hélio têm de se combinar para produzir carbono. Seria de esperar um processo de duas etapas, duas hélias fundindo-se primeiro para formar berílio, e então um terceiro hélio sendo adicionado para produzir carbono., No entanto, há um problema porque o berílio é muito instável e isso torna o segundo passo problemático. Na verdade, só é possível porque acaba por haver um efeito realce substancial (uma ressonância) ocorrendo exatamente na energia certa. Se as forças nucleares fossem diferentes do que realmente São, esta ressonância estaria no lugar errado e não haveria carbono. Quando Hoyle descobriu esta notável coincidência, ele sentiu que não poderia ser apenas um acidente feliz, mas deve haver alguma inteligência por trás dele.os exemplos podem ser multiplicados., Desenvolver vida em um planeta depende de sua estrela fornecer uma fonte de energia de longa vida e confiável. As estrelas ardem assim no nosso universo, porque a força da gravidade é tal que o permite. A afinação antropológica mais exigente relaciona-se com a constante cosmológica de Einstein. O pensamento moderno reavivou esta noção, mas a sua força tem de ser extremamente fraca para evitar que o universo colapse ou se desfaça. Muitos cosmólogos acreditam que a força (geralmente chamada energia escura ) está realmente presente, mas em um nível que é apenas 10-120 do que se consideraria como seu valor natural., Qualquer coisa maior que este pequeno número teria feito a evolução da vida, ou qualquer estrutura cósmica complexa, completamente impossível.
estes conhecimentos científicos são incontroversos, mas o que o seu significado metascientífico mais profundo pode ser considerado tem sido altamente contestado. Poucos estão dispostos a tratar estas coincidências antrópicas como meros acidentes felizes, pelo que duas propostas explícitas contrastantes foram amplamente discutidas., Uma pessoa vê o universo como uma criação divina, explicando sua especificidade finamente sintonizada como uma expressão da vontade do Criador de que ele deve ser capaz de ter uma história frutífera. O outro é a abordagem Multiverso, supondo que este universo particular é apenas um membro de um vasto portfólio de diferentes mundos existentes, cada um separado um do outro e cada um possuindo suas próprias leis e circunstâncias naturais. Nosso universo é simplesmente aquele nesta imensa matriz cósmica onde, por acaso, o desenvolvimento da vida baseada no carbono é uma possibilidade., Embora existam ideias científicas altamente especulativas que possam, em certa medida, encorajar o pensamento multiversal( ver abaixo), a prodigalidade não observável da abordagem Multiverso faz com que pareça uma proposta metafísica de considerável extravagância, que parece fazer apenas uma peça de trabalho explicativo para desarmar a ameaça do teísmo.
the Very Early Universe
The closer scientists try to press to the Big Bang, the more extreme are the regimes involved and therefore the more speculative their thinking.,
muitos acreditam que quando o universo tinha cerca de 10-36 segundos de idade, uma espécie de ebulição do espaço ocorreu, chamada inflação, que expandiu o universo muito e com imensa rapidez. A ideia não é apenas apoiada por alguns argumentos teóricos, mas também ganha credibilidade através de sua capacidade de explicar alguns fatos significativos sobre o universo., Uma é a isotropia cósmica: a radiação de fundo aparece virtualmente a mesma em todas as direções, apesar do fato de que o céu contém muitas regiões que, em uma simples extrapolação de volta ao Big Bang, nunca teriam estado em contato causal um com o outro. Num quadro inflacionista, porém, estas diferentes regiões derivam de um domínio inicialmente muito menor, onde teria havido o contacto causal necessário para produzir uniformidade de temperatura e densidade., A inflação também teria tido um efeito de suavização, explicando assim a homogeneidade em larga escala do universo e o equilíbrio próximo entre os efeitos expansivos e gravitacionais que é realmente observado (e que, de fato, é outra ne-cessidade antropica).muito mais especulativa é a tentativa de entender a era de Planck, antes de 10-43 segundos, quando o universo era tão pequeno que tem que ser entendido mecanicamente quântico. A unificação adequada da teoria quântica e da relatividade geral não foi alcançada., Em conseqüência, há muitos relatos hipotéticos diferentes da cosmologia quântica. Um tema frequente é que os universos podem surgir continuamente da inflação das flutuações no ur-vácuo da gravidade quântica, e o nosso universo é apenas um membro deste multiverso em proliferação. A afirmação de que este processo representaria a capacidade da ciência de explicar a criação do nada, é meramente um abuso da linguagem. Um vácuo quântico é um meio altamente estruturado e ativo, muito diferente do nihil.,Destino cósmico na maior escala, a história do cosmos envolve um puxão de guerra entre as tendências expansivas do Big Bang e a força contrativa da gravidade. Se no final a gravidade ganhar, o que começou com o Big Bang acabará no Big crunch, à medida que o universo cai sobre si mesmo. Se a expansão ganhar (a opção atualmente favorecida), o universo continuará a expandir-se para sempre, tornando-se progressivamente mais frio e mais diluído, eventualmente decompondo-se em um capricho moribundo.,em seu pensamento escatológico, a teologia deve levar em conta estes prognósticos científicos confiáveis sobre a eventual futilidade do processo atual. Em última análise, um simples otimismo evolutivo não é uma possibilidade viável.
Ver também
física e religião.
bibliografia
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