Mário Novello Do big bang ao Universo eterno 2a edição Copyright © 2010, Mário Novello Copyright desta edição © 2010: Jorge Zahar Editor Ltda. rua México 31 sobreloja 20031-144 Rio de Janeiro, RJ tel.: (21) 2108-0808 / fax: (21) 2108-0800 [email protected] / www.zahar.com.br Todos os direitos reservados. A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação de direitos autorais. (Lei 9.610/98) Grafi a atualizada respeitando o novo Acordo Ortográfi co da Língua Portuguesa Preparação: Angela Ramalho Vianna Revisão: Claudia Ajuz, Michele Mitie Sudoh Ilustrações: Érico Goulart Capa: Dupla Design Foto da capa: NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA CIP-Brasil. Catalogação na fonte Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ Novello, Mário, 1942- N83d Do big bang ao Universo eterno / Mário Novello. — 2.ed. – 2.ed. Rio de Janeiro: Zahar, 2010. il. Apêndices Inclui bibliografi a e glossário ISBN 978-85-378-0237-3 1. Cosmologia. 2. Evolução. I. Título. CDD: 523.1 10-3983 CDU: 524 Somente no fi nal da década de 1970 descobriu-se a primeira solução analítica das equações da teoria da relatividade geral de Einstein, representando uma cosmologia sem singularidade. Essa solução descreve um Universo eterno espacialmente homogêneo, colap- sando a partir do vazio. Seu volume total diminui com o passar do tempo cósmico, até atingir um valor mínimo, e, a partir daí, entra na atual fase de expansão. Este livro é dedicado a meu amigo e colaborador José Martins Salim, com quem tive a alegria de desco- brir esse modelo de Universo eterno. Sumário Prefácio 9 Prólogo 11 Antecendentes 17 1. A fase hegemônica do big bang (1970-2000) 21 Comentários 26 a) Energia necessária para a criação da matéria 26 b) Einstein e o big bang 28 2. O átomo primordial ou o modelo cosmológico do big bang 30 Modelo cosmológico-padrão 30 A questão fundamental da cosmologia 33 3. O primeiro cosmólogo da evolução: Alexander Friedmann 35 O sistema de arbitragem 36 Einstein: árbitro, ou do outro lado da produção científi ca 37 Comentários 40 a) Teoria da gravitação 40 b) Teoria da relatividade especial 43 c) Teoria da relatividade geral (gravitação) 46 d) Dependência cósmica das leis físicas 48 4. Uma pergunta malformulada 50 Transformando a questão fundamental da cosmologia em questão axiomática 51 Comentários 55 a) Teorema 55 b) A deformação do tempo 57 c) Dialeto newtoniano 58 d) Voltar ao passado 60 e) Sobre Gödel 63 f) Cenários de Universos eternos dinâmicos 66 5. O programa do Universo eterno 68 Steady state: a batalha perdida 70 Princípio cosmológico perfeito 71 6. A expansão acelerada do Universo, ou em busca de novas formas de energia 73 A energia escura: novos campos no Universo? 75 7. Diferentes modelos de big bang, diferentes modelos de Universo eterno 78 Universo magnético 79 Comentários 81 a) Singularidade no eletromagnetismo clássico 81 b) Buraco negro não gravitacional 82 c) O primeiro exemplo (1979) de um cenário do Universo eterno dinâmico 83 d) Fótons e grávitons: eletrodinâmica e gravitação 84 e) Universo cíclico 85 Conclusão 88 Epílogo 90 Apêndice I: Diálogos sobre o começo do mundo 95 Apêndice II: Cronologia comentada da cosmologia 116 Glossário 125 Referências bibliográfi cas 130 Prefácio A cosmologia tem como tarefa a refundação da física. Recen- temente ocupei-me de expor esta ideia e mostrar as razões que sustentam esta afi rmação.* Mas meu propósito aqui é de outra natureza. Neste livro, dedico-me a apresentar historicamente as circunstâncias que estão levando o modelo cosmológico conhe- cido como big bang a perder o caráter hegemônico que ostentou desde os anos iniciais da década de 1970 até há pouco tempo. Examinarei também o modelo cosmológico que, nos últimos anos, vem atraindo a atenção dos cientistas: o cenário de um Universo eterno dinâmico. * M. Novello, O que é cosmologia?.