O que aconteceu antes do Big Bang?

No início, havia uma pequena bola de matéria infinitamente densa. Então, tudo explodiu, dando origem aos átomos, moléculas, estrelas e galáxias que vemos hoje.

Ou, pelo menos, é o que nos disseram os físicos nas últimas décadas. 

Mas uma nova pesquisa de física teórica revelou recentemente uma possível janela para o universo muito inicial, mostrando que pode não ser "muito cedo" afinal. Em vez disso, pode ser apenas a última iteração de um ciclo bang-bounce que está acontecendo há ... bem, pelo menos uma vez e possivelmente para sempre. 

Obviamente, antes que os físicos decidam descartar o Big Bang em favor de um ciclo de salto e estrondo, essas previsões teóricas precisarão sobreviver a um ataque de testes de observação.

Cosmologias saltitantes

Os cientistas têm uma imagem muito boa do universo primordial, algo que conhecemos e amamos como a teoria do Big Bang. Neste modelo, há muito tempo o universo era muito menor, muito mais quente e muito mais denso do que é hoje. Naquele inferno inicial de 13,8 bilhões de anos atrás, todos os elementos que nos tornam o que somos foram formados no espaço de cerca de uma dúzia de minutos.

Ainda antes, segundo esse pensamento, em algum ponto todo o nosso universo - todas as estrelas, todas as galáxias, tudo - era do tamanho de um pêssego e tinha uma temperatura de mais de um quatrilhão de graus.

Surpreendentemente, essa história fantástica se aplica a todas as observações atuais. Os astrônomos fizeram de tudo, desde observar as sobras de radiação eletromagnética do jovem universo até medir a abundância dos elementos mais leves e descobriram que todos eles se alinham com o que o Big Bang prevê. Tanto quanto podemos dizer, este é um retrato preciso do nosso universo primitivo.

Mas por melhor que seja, sabemos que a imagem do Big Bang não está completa - falta uma peça do quebra-cabeça, e essa peça representa os primeiros momentos do próprio universo.

Essa é uma peça muito grande.

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A conflagração

O problema é que a física que usamos para entender o universo primitivo (uma mistura maravilhosamente complicada de relatividade geral e física de partículas de alta energia) pode nos levar apenas até certo ponto antes de quebrar. À medida que tentamos nos aprofundar cada vez mais nos primeiros momentos do nosso cosmos, a matemática fica cada vez mais difícil de resolver, até o ponto em que simplesmente ... desiste.

O principal sinal de que temos terreno ainda a ser explorado é a presença de uma "singularidade", ou um ponto de densidade infinita, no início do Big Bang. Considerando o valor de face, isso nos diz que em um ponto, o universo foi comprimido em um ponto infinitamente pequeno e denso. Isso é obviamente absurdo, e o que realmente nos diz é que precisamos de uma nova física para resolver esse problema - nosso kit de ferramentas atual simplesmente não é bom o suficiente.

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Para salvar o dia, precisamos de alguma nova física, algo que seja capaz de lidar com a gravidade e as outras forças, combinadas, com energias ultra-altas. E é exatamente isso que a teoria das cordas afirma ser: um modelo de física que é capaz de lidar com a gravidade e as outras forças, combinadas, em energias ultra-altas. O que significa que a teoria das cordas afirma que pode explicar os primeiros momentos do universo.

Uma das primeiras noções da teoria das cordas é o universo "ekpirótico", que vem da palavra grega para "conflagração" ou fogo. Nesse cenário, o que conhecemos como Big Bang foi desencadeado por outra coisa que aconteceu antes dele - o Big Bang não foi um começo, mas uma parte de um processo maior.

A extensão do conceito ecpirótico levou a uma teoria, novamente motivada pela teoria das cordas, chamada cosmologia cíclica. Suponho que, tecnicamente, a ideia do universo se repetindo continuamente tem milhares de anos e é anterior à física, mas a teoria das cordas deu à ideia um sólido embasamento matemático. O universo cíclico funciona exatamente como você pode imaginar, continuamente saltando entre big bangs e big crunches, potencialmente para a eternidade de volta no tempo e para a eternidade no futuro.

Antes do começo

Por mais legal que pareça, as primeiras versões do modelo cíclico tinham dificuldade em combinar observações - o que é muito importante quando você está tentando fazer ciência e não apenas contando histórias em volta da fogueira. 

O principal obstáculo foi concordar com nossas observações da radiação cósmica de fundo, a luz fóssil que sobrou de quando o universo tinha apenas 380.000 anos. Embora não possamos ver diretamente além daquela parede de luz, se você começar teoricamente a mexer na física do cosmos infantil, afetará o padrão de luz pós-luminescência.

E assim, parecia que um universo cíclico era uma ideia clara, mas incorreta.

Mas a tocha ecpirótica foi mantida acesa ao longo dos anos, e um artigo publicado em janeiro no banco de dados arXiv explorou as dificuldades da matemática e descobriu algumas oportunidades perdidas anteriormente. Os físicos, Robert Brandenberger e Ziwei Wang, da Universidade McGill no Canadá, descobriram que no momento do "salto", quando nosso universo encolhe a um ponto incrivelmente pequeno e retorna ao estado de Big Bang, é possível alinhar tudo para obter o resultado adequado testado por observação.

Em outras palavras, a física complicada (e, reconhecidamente, mal compreendida) desta época crítica pode de fato permitir uma visão radicalmente revisada de nosso tempo e lugar no cosmos.

Mas para testar totalmente este modelo, teremos que esperar por uma nova geração de experimentos de cosmologia, então vamos esperar para estourar o champanhe ecpirótico.

Paul M. Sutter é astrofísico em SUNY Stony Brook e o Flatiron Institute, anfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espacial, e autor de Seu lugar no universo.

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Originalmente publicado em .

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