Evolução histórica da cosmologia

Ficha de Aprendizagem

Será que podemos compreender qual a estrutura do Universo?

Não de uma pequena parte deste, como é o nosso planeta, o Sistema Solar ou mesmo a Via Láctea — mas o Universo como um todo!

Muito antes de Isaac Newton formular a sua teoria da Gravitação, já se discutiam diferentes perspectivas cosmológicas. A palavra deriva do grego " Cosmos", significando ordem. O estudo da ordem do Universo sempre ocupou o pensamento humano. Em épocas passadas, quando a Ciência se confundia com a Filosofia e, muitas vezes, com a Religião, esta preocupação encontrava resposta em diferentes Cosmogonias, ou seja, teorias da origem do Universo.

O primeiro modelo conhecido foi o Hindu: o texto sagrado Brahmanda narrava a origem do Universo, considerado como uma espécie de ovo cósmico, que se expande desde uma forma concentrada e pontual, chamada Bindu, até atingir a sua dimensão máxima. O Universo inicia então a sua contracção, retornando ao ponto inicial, e repetindo o processo. Este conceito repete-se infinitamente, incluindo o ciclo de nascimento, morte e renascimento. Uma versão semelhante, embora sem o conteúdo espiritual, foi defendida pelos filósofos Estóicos gregos, nos século IV e III A.C..

O filósofo pré-socrático Anaxágoras, que viveu no Século V A.C., considerava que o Universo era originalmente composto por uma mistura indistinguível de matéria, e que a sua separação nas formas actuais ocorreu graças à intervenção de uma forma independente e mais refinada, a Mente. Esta originou o movimento da mistura caótica, a segregação dos elementos, a separação do frio e do quente (provavelmente exercendo trabalho, para evitar uma quebra da 2ª Lei da Termodinâmica). Mais de um século mais tarde, esta teoria foi adoptada por Epicuro e os seguidores do Atomismo, a ideia do filósofo Demócrito sobre a natureza indivisível da matéria (em átomos).

Anaxágoras defendia um Universo completamente mecânico, em que tudo resultava de interacções entre as partículas de matéria, deixando pouco espaço para uma intervenção dos Deuses: talvez o primeiro exemplo histórico de um conflito entre uma visão agnóstica e uma visão religiosa do Universo

Evolução histórica da cosmologia Básico

Será que podemos compreender qual a estrutura do Universo?

Não de uma pequena parte deste, como é o nosso planeta, o Sistema Solar ou mesmo a Via Láctea — mas o Universo como um todo!

Muito antes de Isaac Newton formular a sua teoria da Gravitação, já se discutiam diferentes perspectivas cosmológicas. A palavra deriva do grego " Cosmos", significando ordem. O estudo da ordem do Universo sempre ocupou o pensamento humano. Em épocas passadas, quando a Ciência se confundia com a Filosofia e, muitas vezes, com a Religião, esta preocupação encontrava resposta em diferentes Cosmogonias, ou seja, teorias da origem do Universo.

O primeiro modelo conhecido foi o Hindu: o texto sagrado Brahmanda narrava a origem do Universo, considerado como uma espécie de ovo cósmico, que se expande desde uma forma concentrada e pontual, chamada Bindu, até atingir a sua dimensão máxima. O Universo inicia então a sua contracção, retornando ao ponto inicial, e repetindo o processo. Este conceito repete-se infinitamente, incluindo o ciclo de nascimento, morte e renascimento. Uma versão semelhante, embora sem o conteúdo espiritual, foi defendida pelos filósofos Estóicos gregos, nos século IV e III A.C..

O filósofo pré-socrático Anaxágoras, que viveu no Século V A.C., considerava que o Universo era originalmente composto por uma mistura indistinguível de matéria, e que a sua separação nas formas actuais ocorreu graças à intervenção de uma forma independente e mais refinada, a Mente. Esta originou o movimento da mistura caótica, a segregação dos elementos, a separação do frio e do quente (provavelmente exercendo trabalho, para evitar uma quebra da 2ª Lei da Termodinâmica). Mais de um século mais tarde, esta teoria foi adoptada por Epicuro e os seguidores do Atomismo, a ideia do filósofo Demócrito sobre a natureza indivisível da matéria (em átomos).

Anaxágoras defendia um Universo completamente mecânico, em que tudo resultava de interacções entre as partículas de matéria, deixando pouco espaço para uma intervenção dos Deuses: talvez o primeiro exemplo histórico de um conflito entre uma visão agnóstica e uma visão religiosa do Universo.

A posição da Terra

Fig.1 - O sistema geocêntrico de Ptolomeu, apresentado no Almagesto.

Fig.2 - Nicolau Copérnico, defensor do sistema heliocêntrico.

Durante largos séculos, a visão ocidental da Cosmologia foi dominada pelo modelo do filósofo grego Ptolomeu (século II A.C.), cuja obra Almagesto (o Grande Sistema) se baseava, em parte, nas ideias de Aristóteles (século IV A.C.): todo o Universo era constituído por esferas celestes, onde se encontrava a Lua, o Sol, os planetas então conhecidos e, por último, as estrelas fixas. O modelo de Ptolomeu defendia que a Terra estava imóvel no centro do Universo, com as esferas celestes a descrever complicados movimentos circulares — os epiciclos — em torno do nosso planeta.

Só no ano de 1543 é que foi publicada a proposta heliocêntrica do astrónomo polaco Nicolau Copérnico, segundo a qual a Terra e os restantes planetas orbitam o Sol. Muitos pensadores já tinham abordado esta hipótese: hindus, muçulmanos e de outras origens; o primeiro modelo heliocêntrico conhecido é da autoria do filósofo grego Aristarco de Samos, que defendia também a existência de uma esfera mais distante, também ela em rotação, onde se encontravam as estrelas. Mas foi Copérnico que utilizou observações das órbitas dos planetas para concluir que o seu modelo heliocêntrico era o mais favorecido pelos dados experimentais.

Descobrindo o Universo

Até Isaac Newton ter apresentado a sua explicação da gravitação, todos os modelos cosmológicos eram bastante locais, isto é, tentavam descrever o comportamento dos corpos do Sistema Solar, mas não se aventuravam numa compreensão do Universo como um todo.

Obviamente, isto também resultou de uma falta de conhecimento sobre o seu conteúdo: só em 1610 é que Galileu descobriu que a faixa no céu conhecida como Via Láctea era constituída por um enorme número de estrelas individuais; e apenas em 1755 é que o filósofo alemão Emanuel Kant, na sua obra ”História natural geral e teoria dos céus”, defendeu a ideia que as nebulosas avistadas no céu nocturno poderiam ser outras galáxias, semelhantes à nossa.

Fig. 3 - O filósofo alemão Immanuel Kant.

No entanto, mesmo sem conhecer em maior detalhe os ingredientes do nosso Universo, Newton argumentou que estes deveriam atrair-se mutuamente, já que a sua lei da atracção é universal. Assim, concluiu que um Universo estático não seria possível, visto que a atracção de todos os corpos deveria fazê-los colapsar num só ponto. Newton adiantou que a presença de uma força repulsiva universal poderia manter o Universo em equilíbrio, embora se tenha demonstrado que este seria bastante instável, sendo impossível manter o Universo com a mesma aparência durante muito tempo. Considerou também que, observada de uma escala suficientemente grande, a distribuição de matéria no Universo deveria parecer homogénea.

O modelo cosmológico de Kant também merece destaque. Embora bastante qualitativo e, em muitos casos, incorrecto, incorpora várias noções fisicamente válidas: entre outras, defendia que a matéria se aglutinava hierarquicamente, em escalas cada vez maiores — este comportamento é actualmente visível na existência de sistemas estelares, galáxias, aglomerados de galáxias, super-aglomerados, etc.. Defendia também a existência de uma força repulsiva desconhecida, que impediria o Universo de colapsar sobre si próprio.

O nascimento da Cosmologia moderna

Só em 1915, com o aparecimento da Relatividade Geral é que a Cosmologia se pode assumir como disciplina científica completa, isto é, capaz de construir um modelo teoricamente válido, e dele extrair previsões capazes de ser comparadas com as observações. Não querendo deixar os créditos em mãos alheias, o próprio Albert Einstein desenvolveu o seu modelo cosmológico, em 1917. Tal como Newton, também o físico alemão compreendeu que um Universo constituído apenas de matéria ”normal” não poderia ser estático, já que a atracção universal levaria a um eventual colapso de toda a matéria num só ponto. Newton apenas se atreveu a defender a existência de uma entidade repulsiva de origem desconhecida. Einstein, armado com a Equação com o seu nome, foi mais longe - decidiu alterá-la!

Einstein introduziu um termo extra na sua Equação — a chamada Constante Cosmológica Λ (com dimensões de inverso de comprimento ao quadrado).

Com esta nova constante a Equação de Einstein lê-se,

Constante Cosmológica é fluida

Do ponto de vista matemático, a inclusão deste termo é perfeitamente plausível. Tal como Einstein, não o introduzimos antes por simplicidade: inicialmente, o genial criador da Relatividade Geral não encontrou nenhuma utilidade para a Constante Cosmológica. No entanto, a sua tentativa de formular um modelo cosmológico estático fê-lo reconsiderar: se for positiva (Λ > 0), esta constante equivale à presença de uma força repulsiva universal e homogénea! Podemos interpretá-la como sendo equivalente a um fluido perfeito, com uma densidade positiva, dada por ρΛ = Λ/8πG, e uma pressão negativa, dada por pΛ = ρΛ c2; é esta pressão negativa que, segundo Einstein, deveria contrariar a atracção entre a matéria normal.

Para que este delicado equilíbrio seja encontrado, é necessário que a pressão atractiva p, devido à matéria normal, anule a pressão repulsiva pΛ imposta pela Constante Cosmológica.

Tal sucede se Λ = ΛE, sendo ΛE = 8πGρ/c2 a chamada Constante Cosmológica de Einstein.

Constante Cosmológica de Einstein

Um Universo com esta característica comportar-se-ia como se não possuísse matéria ou energia alguma, e permaneceria estático e imutável ao longo dos tempos.

Porque é que a noite é escura?

Um Universo estático era esteticamente apelativo para a maioria dos físicos, que não viam nenhum motivo para um Cosmos em evolução. No entanto, um famoso paradoxo persistia:

Como explicar a escuridão da noite?

Esta pergunta, aparentemente inocente, foi colocada pelo astrónomo alemão Heinrich Olbers, em 1823, e resume-se do seguinte modo: se o Universo é infinito e estático, então, seja em que direcção que olhemos, devemos encontrar uma estrela. Como tal, não deveria existir nenhum ponto escuro no céu nocturno, e a noite devia ser tão clara como o dia.

Alguns defensores de um Universo estático responderam com uma hipótese simples: embora o Universo seja imutável, não é infinito. Como tal, existe um número definido de estrelas e a sua distribuição pelo Cosmos permite a existência de imensas zonas sem emissão de luz directa.

No entanto, outras questões se colocavam:

Porque é que o Universo é finito?
Como é que é finito: há uma barreira na sua fronteira?
Ou será infinito, mas com matéria finita? Porquê?

Mesmo o modelo aparentemente mais simples de um Universo estático apresentava problemas fáceis de compreender, mesmo sem recurso a fórmulas matemáticas ou observações mais cuidadas. E, pouco mais de um século depois de Olbers apresentar o seu paradoxo, muito iria mudar na compreensão do Universo como um todo.

Conteúdo gentilmente cedido por: IST
Paginas 1 2 3 4 5 6 7

  

Mapa do site

Termos de Utilização

© 2016 Prime Consulting, SA. Todos os direitos reservados