5.3 Identities
5.3.1 Two ends of the spectrum: from fully Italian to not Italian . 80
A teoria da relatividade geral de Einstein é nada mais, nada menos, que a “chave” para compreender a história do universo, a origem do tempo e a evolução de todas as estrelas e galáxias que existem no cosmos. A teoria de Einstein lança igualmente luz sobre as escalas mais ínfimas da existência, em que as partículas com maior energia podem nascer do nada. Pode explicar como o tecido da realidade, do espaço e do tempo surge e torna- se o “esqueleto” da natureza. Como diz Pedro G. Ferreira a “relatividade geral dá vida ao espaço e ao tempo” [8]. O espaço já não era apenas um lugar onde as coisas existiam, e o tempo já não era um “relógio” que acompanhava a evolução das coisas. A partir do momento em que Einstein apresentou pela primeira vez a sua teoria, esta foi usada para explorar o mundo natural, revelando o universo como um lugar dinâmico e em expansão, que pode apresentar singularidades como buracos negros e grandes ondas de energias, cada uma contendo quase tanta energia como uma galáxia inteira. A relatividade geral permitiu-nos ir mais longe do que jamais imaginávamos. Há uma forte convicção de que, escondidos na relatividade geral, há segredos profundos sobre o universo por descobrir. Após a publicação da TGR, esta passou a ser aplicada ao nosso universo. Foi com base nas soluções para um universo dinâmico que surgiu um modelo cosmológico conhecido como Big Bang. A construção deste modelo baseia-se num princípio cosmológico. A teoria da gravitação de Einstein triunfou porque era aplicável tanto a campos gravíticos fracos, como o da Terra, como aos fortes campos gravíticos das estrelas.
O caminho que nos trouxe à teoria de Einstein da gravidade foi algo sinuoso. Passámos pela determinação da velocidade da luz, pelo abandono do éter, pela relatividade de Galileu e pela relatividade restrita, até chegarmos à relatividade geral. Depois destas reviravoltas os astrónomos passaram a dispor de uma nova teoria da gravidade. A gravidade é a força que governa os movimentos e as interações de todos os corpos celestes. Não pode portanto haver astronomia nem cosmologia se não se compreender a gravidade. A suposição de Einstein ficou conhecida como princípio cosmológico e consiste em admitir que o universo tem mais ou menos as mesmas propriedades em toda a parte. Mais especificamente, que o universo é isotrópico, ou seja, parece ser o mesmo em todas as direções e homogéneo, pois parece ser o mesmo em todos os lugares [21].
A solução das equações de Einstein aplicadas ao universo com as restrições impostas pelo princípio cosmológico indicavam que o universo seria dinâmico.
Quando Einstein aplicou a sua relatividade geral e a sua lei da gravitação ao universo como um todo, as previsões a que chegou surpreenderam-no e desiludiram-no simultaneamente. O universo apresentou-se instável e segundo a lei da gravitação de Einstein, todos os corpos do universo se atraíam mutuamente, logo tenderiam a aproximar-se uns dos outros. Este movimento originaria um colapso total. Com a sua crença num universo estático, Einstein, decidiu introduzir um termo constante, lambda, nas suas equações, de forma a obter uma solução estática. Este termo constante foi designado por constante cosmológica. Este elemento conferia ao espaço uma força repulsiva que contrariava a atração gravítica das estrelas. Por outras palavras, a constante cosmológica atribuía uma energia ao espaço vazio. Este termo antigravítico, também denominado de energia negra ou energia escura, é a energia do vácuo puro e pode afastar ou aproximar galáxias. Einstein escolheu o valor da constante cosmológica precisamente para compensar a atração gravítica e evitar que o universo entrasse num processo de contração [21].
A antigravidade tinha um efeito significativo a grandes distâncias mas desprezável a distâncias curtas, assim sendo, não alterava as previsões da relatividade geral à escala da Terra e das estrelas. Desta forma, a fórmula revista por Einstein era capaz de explicar a existência de um universo estático e eterno; reproduzir todos os êxitos de Newton em ambientes de gravidade pouco intensos como é o caso da Terra e aplica-se a ambientes de gravidade intensa onde a teoria de Newton falhava [32].
Em suma, a constante cosmológica iria estabilizar o universo na medida em que compensava de forma exata todas as coisas que este continha. Toda a energia e a matéria que Einstein distribuíra uniformemente pelo universo, tentava atrair o espaço-tempo sobre si mesmo, ao passo que a constante cosmológica repelia-o, impedindo que o universo colapsasse. Estas forças de atração e repulsão mantinham o universo num estado frágil e equilibrado: fixo e estático, exatamente como Einstein achava que tinha de ser. A introdução desta constante implica uma renúncia considerável à simplicidade lógica da teoria. Não só mas também, esta constante cosmológica, apesar de ter sido considerada por Einstein como o maior erro cometido ao longo da sua vida é um dos parâmetros muito importantes nos modelos cosmológicos atuais, desenvolvidos para dar resposta a um vasto conjunto de dados observacionais recentes [21].
Com a descoberta da expansão do universo, aceitou-se que o universo se teria formado a partir de valores de densidade e temperatura muito elevados (a tender para o infinito), pelo que o universo se encontra em expansão até à atualidade.
Se Einstein tivesse confiado nas equações originais da relatividade geral, teria previsto a expansão do universo mais de uma década antes de ela ter sido descoberta experimentalmente. Ao tomar conhecimento dos resultados de Hubble, Einstein arrependeu-se do dia em que pensara na constante cosmológica e apagou-a cuidadosamente das equações da relatividade geral [32].
Nos anos 90, no entanto, a constante cosmológica reapareceu de uma forma fantástica e desencadeou uma das reviravoltas mais dramáticas na forma de pensar a cosmologia. As equações de Einstein não dizem nada acerca de como começou a expansão do universo. Durante muitos anos, os cosmologistas assumiram que a expansão inicial do universo era um dado adquirido sem explicação e simplesmente trabalharam nas equações a partir desse ponto [21].
À semelhança do que Einstein fizera, Friedmann desmistificou o complicado “nó” de equações partindo do princípio que o universo era simples nas escalas maiores, que a matéria estava distribuída uniformemente e que a geometria do espaço podia ser descrita unicamente através de um número, a sua curvatura total. Friedmann ignorou os resultados de Einstein e começou do zero. Ao estudar de que forma a matéria e a constante cosmológica afetavam a geometria do universo deduziu que a curvatura total do espaço evoluiría ao longo do tempo. A matéria comum que existia no universo, nas estrelas e nas galáxias espalhadas por todo o lado, forçava o espaço a contrair-se e a colapsar sobre si mesmo. Se a constante cosmológica fosse um número positivo, afastaria o espaço e fá-lo- ia expandir-se. Einstein tinha equilibrado estes dois efeitos, a atração e a repulsão, de modo a que o espaço permanecesse imóvel. Mas Friedmann descobriu que esta solução estática correspondia apenas a um caso especial particular. A solução geral era que o universo tinha de evoluir, contraindo-se ou expandindo-se consoante o papel dominante fosse desempenhado pela matéria ou pela constante cosmológica. Friedmann demonstrou que o universo de Einstein era meramente um dos casos especiais de um leque vastíssimo de comportamentos possíveis para o universo. Os resultados de Friedmann libertaram igualmente a constante cosmológica de Einstein do dever de manter o universo estático e
dado que se o universo evoluía, não havia a necessidade de complicar a teoria com uma solução arbitrária como Einstein fizera.
Mais tarde, Einstein publicou uma correção ao artigo de Friedmann, reconhecendo o principal resultado de Friedmann e admitindo que há soluções variáveis no tempo para o universo. O universo podia efetivamente evoluir na sua teoria da relatividade geral, porém, ainda assim, tudo o que Friedmann fizera fora mostrar que havia soluções para a teoria de Einstein que conduziam a um universo em evolução. Segundo Einstein tratava- se apenas de matemática e não da realidade [21].