O Prêmio Nobel de Física de 2011

A teoria da relatividade geral, proposta por Einstein em 1915, pode ser usada para descrever a história do universo. Naquela época acreditava-se que o movimento relativo dos objetos celestes era pequeno de forma que uma boa aproximação seria assumir que o universo fosse estático. Entretanto, Einstein não consegue obter das equações da relatividade geral um universo estático. Ele então as modifica em 1917 introduzindo um novo termo chamado de constante cosmológica. Dessa forma, a teoria da relatividade geral modificada fornece soluções em que o universo é estático. A partir de 1922 A. Friedmann mostra de forma bastante geral que as equações da relatividade geral admitem universos em expansão ou em contração, mas não universos estáticos. Dois anos depois, em 1924, E. Hubble descobre que as nebulosas vistas pelos telescópios eram na verdades galáxias como a via Láctea, e que se encontram à distâncias enormes de nossa galáxia, mostrando a vastidão do universo visível. Ele tenta então determinar a velocidade dessas galáxias e descobre, em 1929, que as galáxias mais distantes estão se afastando de nós, e quanto mais distantes elas estão, maior é a velocidade de afastamento. Esse relação ficou conhecida como a Lei de Hubble. Ele havia descoberto, de fato, que o universo está em expansão! Isso criou um embaraço muito grande para Einstein. Afinal, a relatividade geral previa que o universo poderia estar em expansão mas ele a havia modificado para que gerasse um universo estático. Einstein então afirma que havia cometido o maior erro da vida ao modificar a teoria da relatividade original que estava de acordo com a descoberta da expansão do universo.

Radiação cósmica de fundo determinada pelo WMAP

É claro que se o universo está atualmente expandindo-se isso significa que no passado o universo era menor e se voltarmos suficientemente no tempo deveremos encontrar um instante em que o tamanho do universo era zero. Isso significa que o universo teve um início! A relatividade geral prevê então que o universo surgiu no passado e tem um idade finita. Este processo é conhecido com a Teoria do Big Bang e sabe-se que a idade do universo é de 13.75 bilhões de anos. Uma consequência da Teoria do Big Bang é que deve ainda existir uma pequena quantidade da radiação formada na época em que o universo tinha cerca de 379 000 anos de idade. Essa radiação ficou conhecida como a radiação cósmica de fundo e foi detectada em 1965 por A. Penzias e R. W. Wilson que ganharam o premio Nobel em 1978 por essa descoberta. Medidas muito  mais precisas dessa radiação foram feitas com satélites por J. C. Mather e G. F. Smoot que ganharam o prêmio Nobel em 2006.  A radiação cósmica de fundo continua a fornecer informações extramente valiosas. Sempre que medidas mais precisas são anunciadas tem-se mais informações sobre o passado do universo.

Supernova do Caranguejo

Para determinar a velocidade com que as galáxias se afastam, Hubble usou o espectro de supernovas. As supernovas formam uma classe de estrelas que explodem de forma dramática e violenta, gerando muito mais luz do que toda a galáxia na qual ela reside. São fáceis de serem detectadas e como emitem muita luz isso facilita o seu estudo. Analisando o espectro da luz emitida nessas explosões é possível determinar a velocidade da supernova, e portanto, da galáxia. Ao redor de 1998, S. Perlmutter, B. P. Schmidt e A. G. Riess repetiram a experiência do Hubble, mas ao invés de utilizar apenas telescópíos na Terra usaram telescópios também em satélites, e ao invés de analisar algumas dezenas de supernovas, analisaram milhares. O resultado foi surpreendente. Não só confirmaram que o universo está em expansão, mas que a taxa de expansão é acelerada! Isto é inesperado porque a relatividade geral prevê que a taxa de expansão é constante. Foi por esta descoberta que receberam o premio Nobel de 2011.

O trio de ganhadores recebendo o Prêmio Shaw de astronomia em 2006

E como explicar esse novo achado? É necessário modificar a relatividade geral mas ainda não se sabe como fazer isso. É necessário obter mais informações sobre a expansão do universo e isso poderá demorar muitos anos. O curioso é que existe um explicação bastante simples: a volta da constante cosmológica! A relatividade geral modificada com a constante cosmológica, como Einstein havia proposto, fornece não apenas universos estáticos mas também universos com expansão acelerada! Talvez Einstein não estivesse tão errado como ele imaginou. Só o tempo dirá.