Qual é a forma do Universo: plana, esférica ou como uma sela?

De que forma é o Universo? A pergunta em si não parece fazer muito sentido.

Se, como diz a Nasa, o Universo é simplesmente tudo, incluindo todo o espaço e toda a matéria e energia que ele contém, e até mesmo o próprio tempo, será que esse tudo tem uma forma?

Se você está lendo este texto, talvez seja um daqueles que está disposto a contemplar o inconcebível, visualizar o inimaginável e espionar o impenetrável.

Em outras palavras, se comporta como um cosmólogo, um daqueles teóricos que tentam apresentar ideias críveis e sustentáveis sobre o espaço, um fato que ocupa os pensadores há séculos.

Para eles, a forma do Universo é um assunto sério, pois implica o futuro do cosmos: dependendo do que for, saberemos se expandirá para sempre ou reverterá a sua expansão num cataclísmico Big Crunch, ou Grande Implosão ou Colapso.

Além disso, saber a resposta à dúvida em questão dá pistas se o Universo é infinito ou finito.

Então, como você começa a resolver esse enigma?

Com Albert Einstein.

A ideia de que o espaço tinha forma surgiu com a teoria da relatividade geral de 1915.

E de todas as formas que poderiam ser consideradas, esta teoria só permite que o Universo assuma uma de três:

1. Uma delas é que ele é curvo e fechado, como uma esfera gigante em expansão.
2. Outra é que seja hiperbólico, abertamente curvo, o oposto de uma esfera, algo como uma sela de cavalo.
3. Depois, há a hipótese plana. O cosmos é como uma folha de papel, exceto que tem mais de duas dimensões.

Um dos fatores que determinam a forma que ele assume é a sua densidade, ou seja, a quantidade de matéria em um determinado volume de espaço.

Se for muito grande, a força da gravidade excederá a força da expansão e se curvará em uma esfera.

Se assim fosse, o Universo seria finito, embora não tivesse fim (assim como a superfície de uma bola não é infinita, mas não há nenhum ponto na esfera que possa ser chamado de "fim").

Além de finito, esse é o cenário em que a expansão irá parar em algum momento, as galáxias, em vez de se afastarem umas das outras, começarão a se aproximar, até que o que começou com um Big Bang termine com um Grande Colapso.

Nos outros dois casos, o hiperbólico e o plano, o Universo é infinito e se expandirá para sempre.

Para estabelecer como é (e o futuro do cosmos), são necessárias evidências observacionais sólidas... Mas de quê?

Bem, de algo crível.

A luz mais antiga

Os cosmólogos mediram a radiação de fundo cósmico de micro-ondas, restos frios do Big Bang de cerca de 13,8 bilhões de anos.

Esses vestígios de quando a matéria, o espaço e o tempo se formaram, de acordo com o modelo cosmológico padrão, são fáceis de encontrar, diz o físico e autor Marcus Chown, porque estão literalmente em toda parte.

"Se você pegar um centímetro cúbico de espaço vazio em qualquer lugar do Universo, ele contém 300 fótons, partículas leves dessa radiação."

"Na verdade, 99% de toda a luz do Universo não é a das estrelas ou algo parecido, mas o brilho do Big Bang", afirmou.

Foi algo descoberto em 1965 e é como uma foto do cosmos recém-nascido.

"É a luz mais antiga e quando a capturamos com os nossos telescópios, olhamos para trás o mais longe que podemos."

"Codificada nesta luz está uma imagem do Universo tal como era um terço de milhão de anos após o Big Bang, um ponto crucial, tal como era quando as primeiras estruturas, as sementes das galáxias, foram formadas."

Esses vestígios de radiação são frequentemente descritos como a Pedra de Roseta do cosmólogo para decifrar o passado, permitindo aos pesquisadores fazer deduções detalhadas a partir das evidências observacionais mais esparsas.

Como se pode inferir tanta coisa a partir da radiação fóssil do Big Bang?

Fazendo o que alguns descreveram como a medição mais difícil da ciência.

A luz do Big Bang que agora pode ser vista numa esfera que rodeia a Terra tem a forma de ondas muito curtas, as micro-ondas, e é uma mistura de luz e calor residual, extremamente fraca, embora suficiente para sugerir ideias poderosas.

É como "uma camada uniforme com uma temperatura quase constante de cerca de 3 graus acima do zero absoluto (-273,15°C)", explicou o astrofísico teórico Dave Spergel à BBC.

O interessante está no "quase".

"Pequenas variações chegam a 100 milésimos de grau de um lugar para outro."

Foi isso que mediram, porque "quando olhamos para a radiação de fundo em micro-ondas, aprendemos sobre a geometria do Universo", explicou ele, que é conhecido pelo seu trabalho com a sonda WMAP da Nasa, lançada em 2001 com a missão de estudar o céu e medir essas diferenças de temperatura.

Foi um dos vários estudos que ajudaram a determinar a forma do Universo.

Mas como podem as observações das partículas de luz do Big Bang ajudar astrofísicos como Carlos Frank, da Universidade de Durham, a decidir qual é a sua forma?

"Essa é a beleza da ciência. Podemos fazer inferências muito importantes com base em dados muito detalhados."

"Essas partículas de luz têm se propagado ao longo de bilhões de anos até chegarem aos nossos telescópios e seguirem qualquer curvatura que possa estar presente", afirmou.

Dependendo de como chegam, dizem os especialistas, é possível saber como foi a viagem.

E?

Imagine essas micro-ondas cósmicas como dois raios de luz.

Num Universo plano, elas sempre permanecerão paralelas.

Num Universo esférico, viajarão ao longo da curvatura do espaço e eventualmente se encontrarão.

Num Universo hiperbólico, os raios nunca se cruzarão e ficarão cada vez mais separados.

E acontece que eles permanecem paralelos.

A primeira vez que a forma e o destino do cosmos foram inferidos com segurança a partir de observações foi em 2000, quando uma equipe internacional de astrônomos da Itália, Reino Unido, EUA, Canadá e França, conhecida como colaboração Boomerang, publicou os resultados do seu estudo.

"Acho que este é o momento que vamos lembrar nos livros didáticos onde dissemos que nosso Universo é plano, que não vamos acabar em um grande colapso, que não temos um tempo limitado, que se expandirá para sempre", disseram.

Esses resultados posteriormente foram confirmados com dados recolhidos pela sonda WMAP da Nasa, pela sonda Planck da Agência Espacial Europeia e por medições feitas com o Telescópio Cosmológico Atacama.

A evidência sobre o Universo plano também aparece em estudos do que é conhecido como densidade crítica, que indica que está logo abaixo dela, o que significa que é plano e se expandirá indefinidamente.

E mais uma forma de encontrar evidências é através da linha isotrópica: se for plana, parece igual de todos os ângulos. A pesquisa constatou isso com margem de precisão de 0,2%.

Ainda assim, não podemos descartar a possibilidade de vivermos num mundo esférico ou hiperbólico.

Embora todas as medidas estejam sendo tomadas, existe sempre a possibilidade de que aconteça o que nos aconteceu durante séculos com a Terra: nas escalas que puderam ser observadas, sua curvatura era pequena demais para ser detectada, por isso se acreditava que ela era plana.

Quanto maior for uma esfera ou sela, mais plana será cada pequena parte dela.

Portanto, continua sendo possível que, uma vez que o Universo é extremamente grande, a parte que podemos observar esteja tão perto de ser plana que a sua curvatura só possa ser detectada por instrumentos extremamente precisos, que ainda não foram inventados.

Porém, no momento, tudo parece indicar que o cosmos é plano, em expansão e infinito.

O que chama a atenção neste mundo é que as respostas muitas vezes levantam mais questões... Como ele pode se expandir se é infinito? E como pode ser infinito se teve um começo?

Paramos por aqui, porque ainda há inúmeras perguntas sobre o Universo que não têm uma resposta exata.

O texto foi publicado originalmente aqui.