A mais familiar das forças fundamentais da natureza é sem dúvida alguma a gravitacional, afinal de contas é ela que nos mantêm presos à superfície da Terra. Uma característica importante desta força é seu caráter atrativo, jogamos uma pedra para cima e observamos que logo esta retorna ao solo. Algo realmente intrigante foi revelado ao mundo em 1998. Acumuladas medidas de distância e velocidade de afastamento de supernovas revelaram que o universo se expande de modo acelerado. Este fato não era sequer cogitado, pois sendo a gravidade uma força atrativa o que se buscava era uma taxa de desaceleração, quando então dados confiáveis nos revelaram uma expansão acelerada.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O que estaria causando esta expansão acelerada?

Acreditando que o universo era estático Einstein introduziu nas suas equações uma constante que é conhecida por constante cosmológica, a fim de manter o universo estável. Pois suas equações implicavam em universo instável que colapsaria sobre si mesmo devida a ação da gravidade, a constante teria o papel de contrabalançar a atração gravitacional. Pouco tempo depois se descobriu que o universo estava expandindo e a constante gravitacional foi deixada de lado. Amargurado Einstein qualificou o episódio de "my biggest blunder" ("meu maior vacilo").

Voltando a questão da expansão acelerada do universo. Este fenômeno pode ser explicado usando a teoria da relatividade geral de Einstein, pela existência da chamada energia escura, ou seja, uma componente extra de energia cujo efeito gravitacional líquido supera a atração gravitacional ordinária entre as partes do universo, fazendo este se expandir de modo acelerado. Podemos dizer que esta energia tem uma pressão negativa cujo efeito é gerar uma força que se opõe à força gravitacional.

Hoje nosso maior candidato à energia escura é a constante cosmológica de Einstein, que ressurge com uma nova proposta. Agora não mais para manter o universo estático, mas sim para acelerá-lo. Por ser constante no tempo a constante cosmológica é do ponto de vista matemático o candidato com solução mais simples para o problema da expansão acelerada do universo.

A constante cosmológica é conhecida também como “energia do vácuo”, que seria um tipo de energia que se manifesta através de fenômenos quânticos, como no desvio Lamb (desvio espectral das linhas de hidrogênio) e no chamado efeito Casimir (atração de placas eletricamente descarregadas no vácuo). A Constante Cosmológica funciona praticamente como uma anti-gravidade em largas escalas, afastando cada vez mais rápido objetos distantes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Enquanto o universo expande, as densidades de energia da radiação e matéria (luminosa e escura) decrescem, porém a densidade de energia associada à constante cosmológica permanece constante. Acredita-se que esta forma de energia exótica passou a ser importante a cerca de 5-6 bilhões de anos atrás devido ao alto grau de diluição da matéria e energia.

Porém nem tudo são flores, existem sérios problemas com a constante cosmológica nosso melhor candidato ao posto de energia escura. A física teórica prevê que a constante cosmológica é relacionada com as interações mais fundamentais da natureza através da energia do vácuo. Todavia as previsões feitas através desses argumentos indicam que essa energia do vácuo deveria ser 10120 vezes maior que o observado, o que é considerado como a maior discrepância entre teoria e observação da história da ciência.

Porém, algumas peculiaridades com a Constante Cosmológica causam grande desconforto estético a muitos físicos. Em primeiro lugar, a Física teórica prevê que a Constante Cosmológica é relacionada às interações mais fundamentais da natureza através da "energia de vácuo". Mas a previsões feitas através desses argumentos indicam que essa energia de vácuo deveria ser 10120 vezes maior do que o observado – o que é provavelmente o mais embaraçoso número que a Física jamais legou à humanidade. Um número tão esdrúxulo indica que existe algo de errado em nossa explicação. Pode ser que a energia escura não exista, porém esse fato seria um golpe fatal em nossa melhor teoria de gravitação a relatividade geral.

 Existem atualmente outros candidatos disputando o posto de energia escura, todos compatíveis com os dados existentes até o presente. Porém, ainda não está claro se esses modelos trazem grande vantagem com relação à boa e velha Constante Cosmológica. De qualquer modo, os cientistas têm trabalhado com ferocidade para encontrar respostas. Hoje o principal objetivo da cosmologia é descobrir a natureza da energia escura, pois caso realmente exista sua contribuição seria entre 65% a 70% de todo o conteúdo do universo.

O entendimento completo da natureza da energia escura poderá confirmar ou não as previsões da Relatividade Geral ou ainda nos levar a uma física completamente nova, que vai muito além de Einstein e de suas previsões. Por outro lado, caso as pesquisas teóricas juntamente com os resultados observacionais continuem indicando a constante cosmológica de Einstein como a responsável pela aceleração do universo, Einstein, embora a tendo rejeitado e considerado seu maior erro, estaria mais uma vez correto.

 

Imagem da supernova 1987a. A observação da explosão de supernovas levou à descoberta da expansão acelerada do Universo. Crédito: Dr. Christopher Burrows, ESA/STScI & NASA.

Cerca de 70% do Universo é composto de energia escura, cuja natureza é ainda um enigma para os físicos. Crédito:NASA.

Toda a nossa ciência, comparada com a realidade, é primitiva e infantil –e, no entanto, é a coisa mais preciosa que temos.

Albert Einstein (1879-1955)