Expansão do Universo

Não existe um lado de fora, o que ocorre é que mais espaço vai sendo criado

Pelas minhas contas, essa é a coluna número 600. Acho que a ocasião merece ser celebrada.
Como são vocês, meus leitores, que mantêm a coluna viva, resolvi escrever sobre um tema que, com frequência, recebo pedidos para abordar de novo: a expansão do Universo.

Dentre as perguntas mais comuns, aqui vão duas das mais populares: se o Universo está em expansão, o que existe do "lado de fora"? Mais Universo? A outra: se o Universo está em expansão, onde fica o centro? Somos nós o centro de tudo? (Deixo outras perguntas para futuras colunas.)

Para começar, o que significa dizer que o Universo está em expansão? Quando ouvimos isso, a imagem que imediatamente vem à mente é a de uma bomba explodindo: do centro da explosão, pedaços de matéria voam em todas as direções.

Essa imagem intuitiva -sem dúvida inspirada pelo nome "Big Bang", dado ao evento que marca a origem do Universo- não tem nada a ver com a expansão cósmica! E causa muita confusão. Quando uma bomba explode, os pedaços voam pelo espaço, se distanciando uns dos outros cada vez mais. O espaço, palco onde ocorreu a explosão (e todos os outros fenômenos naturais), permanece fixo.

Com o Universo, a situação é completamente diferente. O espaço não é mais rígido. É ele que estica com a expansão, como se fosse uma tira elástica. Imagine, então, uma tira elástica bem larga, onde você distribui uma porção de moedas, que são as galáxias.

Esse é o nosso modelo do Universo, em duas dimensões. (A banda elástica tem duas direções, norte-sul e leste-oeste. O espaço em que vivemos tem três, as duas e uma para cima e para baixo. Mas é mais fácil visualizar as coisas só em duas dimensões.) No Universo-elástico, a expansão do espaço equivale ao estiramento da tira elástica. E o que ocorre?

As moedas (galáxias) são carregadas pela expansão da tira elástica. Elas não "voam" como pedaços de dinamite, mas pegam carona no espaço que vai estirando cada vez mais. À medida que isso ocorre, as galáxias vão se distanciando. A expansão do universo é uma expansão do espaço.

O que nos leva à primeira pergunta.

O que existe do "lado de fora"? A resposta é talvez surpreendente: não existe um lado de fora; mais espaço vai sendo criado à medida que a expansão vai ocorrendo. Vamos imaginar que nossa tira elástica é um balão de aniversário, uma esfera. No nosso Universo reduzido a duas dimensões, vivemos na superfície desse balão, em uma das moedas-galáxia, como amebas bidimensionais.

No balão, todos os pontos são equivalentes. O que vemos durante a expansão? Em 1929, Edwin Hubble (cujo nome foi dado ao nosso querido telescópio) mostrou que as galáxias se afastam umas das outras com velocidades que crescem com a distância.

Voltando ao balão, cada galáxia verá a mesma coisa, as outras galáxias se afastando. O balão vai esticando e crescendo, as galáxias vão se afastando e mais espaço vai aparecendo entre elas. Nesse Universo-balão, não existe um "lado de fora"; só existe o balão.

Isso é difícil de visualizar porque sempre insistimos de ver o balão de longe, "de cima", de uma terceira dimensão. Para digerir isso, temos que imaginar que vivemos na superfície do balão, como amebas bidimensionais. Nada de pular pra cima!

Podemos agora responder à segunda pergunta: no balão, todos os pontos são equivalentes; a população de amebas de cada galáxia verá as outras se afastando dela e se achará o centro de tudo. A expansão do Universo não tem um centro; é a mais plena democracia geométrica, onde nenhum ponto é mais importante do que os outros.

A força da ciência está na sua universalidade

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Dada a complexidade do mundo em nossa volta, não é nada surpreendente que os cientistas usem simplificações aparentemente drásticas no estudo de fenômenos naturais. Por exemplo, se quisermos estudar a órbita da Lua em torno da Terra, é irrelevante incluirmos em nossa descrição que a Terra tem montanhas, oceanos e atmosfera, ou que a Lua tem crateras de todos os tamanhos. Basta sabermos a massa da Terra e a da Lua e a distância entre elas.

O balanço de uma folha ao vento, o vaivém de uma criança num balanço, um sino soando: todos esses "sistemas" podem ser modelados, com maior ou menor precisão, pelo movimento de um pêndulo sujeito a uma força externa. No caso da folha, a força externa vem do vento, no caso da criança, dos empurrões de seu pai e, no caso do sino, do padre puxando a corda.

Numa primeira aproximação, o modelo matemático que descreve o movimento desses sistemas é essencialmente o mesmo. Pela descrição matemática dos fenômenos, os físicos revelam a belíssima unidade que existe na natureza. Modelos imitam a natureza, recriando suas sutilezas de forma compreensível.

Descrever o comportamento de sistemas complexos por fórmulas simples é um ingrediente fundamental no trabalho científico e um de seus maiores desafios. Há um equilíbrio delicado entre simplificar demais _ignorando dados fundamentais sobre um sistema_ e incluir detalhes irrelevantes que compliquem desnecessariamente seu estudo.
Para testarmos a eficiência de um modelo, comparamos suas previsões com medidas obtidas por cuidadosas observações. No exemplo da folha balançando ao vento, podemos medir o tempo que a folha demora para voltar a um determinado ponto. Se o resultado medido não for semelhante à previsão do modelo, este tem de ser modificado.

Isso é verdade tanto para o balançar de uma folha quanto para qualquer modelo matemático de descrição de algum fenômeno, de escalas subatômicas até o Universo como um todo. E aqui a intuição do cientista é fundamental. Como encontrar as modificações corretas? Para mim, a construção de modelos é uma arte: a de modelar a natureza.
Pelo seu processo criativo, o cientista viabiliza sua visão do mundo. Para mim, assim como a obra de um artista, a obra de um cientista é um reflexo de sua personalidade. Claro, o veículo de expressão é completamente diferente, pois as linguagens são diferentes. Mas o momento que existe entre o surgimento de uma idéia e sua expressão, seja por uma equação ou por uma aquarela, é essencialmente idêntico.

Ao recriar o mundo matematicamente, o cientista reinventa a realidade a sua volta, representando-a por símbolos universais. Mesmo que o processo criativo científico seja tão subjetivo quanto o processo criativo artístico, o produto final do trabalho do cientista é acessível a qualquer outro que domine o vocabulário técnico da ciência. (E, espero, também ao público não especializado por um esforço dos cientistas de transmitir suas idéias de modo acessível.)

Em princípio, não deve haver subjetividade na interpretação de uma obra científica. Os modelos criados por cientistas são universais. Por meio da universalidade de sua linguagem, esses modelos são gradativamente corrigidos e aprimorados (o progresso científico raramente caminha em linha reta), chegando eventualmente a uma formulação aceita pela comunidade científica.

É nessa universalidade que reside a força da ciência. As equações que descrevem um fenômeno são idênticas para todos os cientistas, independentemente de qualquer diferença religiosa, racial ou política. A natureza não se presta a nossos tolos jogos de poder. A Ciência, em sua versão mais pura, é uma das formas mais humanas de conhecimento.