O que vem a ser, de fato, a teoria do Big Bang?

É comum encontrarmos em vídeos na internet ou documentários na TV a ideia de um início explosivo para o universo, em um espaço e um tempo pré-existentes. Este cenário precisa ser discutido e esclarecido com muito cuidado, pois é uma concepção errada do que vem a ser a teoria do Big Bang. De onde surgiu o termo Big Bang ou grande explosão? Precisamos voltar um pouco no tempo para entender.

A teoria que descreve a dinâmica cósmica é a teoria da relatividade geral (teoria gravitacional de Einstein, publicada em 1915). Nesta teoria, soluções expansionistas (ou evolucionistas), onde as propriedades do universo se modificam com o tempo, aparecem naturalmente, sendo corroboradas pela descoberta observacional da expansão cósmica por Edwin Hubble em 1929. Com as soluções expansionistas em mãos e a expansão cósmica observacionalmente estabelecida, os físicos George Gamow, Ralph Alpher e  Robert Herman no final da década de 40 do século passado, propuseram que o universo tivera seu passado extremamente quente e denso e mostraram como os elementos químicos leves se formaram neste cenário.  Além deste passado quente e denso, se levarmos em conta apenas a teoria da relatividade geral, o universo também possuiria uma singularidade em t=0 s. Em outras palavras, o universo que conhecemos teria um início extremamente quente, denso e em rápida expansão.

Uma teoria rival que surgiu na mesma época, conhecida como a teoria do estado estacionário, negava a existência de um passado quente e denso, bem como um início para o universo. Neste modelo o universo é eterno e suas propriedades são imutáveis. Esta tese foi defendida, também na década de 40, por Fred Hoyle, Thomas Gold e Hermann Bondi. Foi justamente o Fred Hoyle, em uma rádio britânica, que cunhou o termo grande explosão ou Big Bang para a teoria expansionista. Entretanto, a teoria do estado estacionário mostrou-se obsoleta por não explicar algumas observações, como a radiação cósmica de fundo, bem explicada pela teoria de Gamow e colaboradores.

Podemos agora voltar ao nosso problema do conceito de início explosivo para o universo. Uma explosão, por definição, estabelece uma forte anisotropia de temperatura e pressão no espaço. Estas características não são observadas no universo, pelo contrário, a partir de certa escala, é bem estabelecido das observações da radiação cósmica de fundo e do princípio de Copérnico que o mesmo é homogêneo e isotrópico, ou seja, possui basicamente as mesmas propriedades em qualquer ponto. Assim, nós vivemos em um espaço-tempo homogêneo e isotrópico, em expansão, mas que não decorreu de nenhuma explosão!

Na verdade, a teoria do Big Bang, que é extremamente bem corroborada nos dias de hoje, afirma “apenas” que no passado distante o universo foi extremamente quente, denso e estava em rápida expansão. Expansão do próprio tecido do espaço-tempo! Não há nenhum local sobre o qual o Universo expande. É o próprio espaço, ou mais precisamente, o espaço-tempo que vem se expandindo desde então. Podemos nos perguntar então: e a singularidade? E de onde emerge o espaço-tempo em expansão com a matéria-energia em seu interior? Teve o universo realmente um início? Estas perguntas terão que esperar até que uma teoria da gravitação quântica seja estabelecida. Espera-se que esta nos mostre como o universo se comportou em um tempo menor que 0.00000000000000000000000000000000000000000001 s, que é o instante onde nossa física atual nos permite ir. Pode ter havido a eternidade antes deste tempo, pode realmente ter existido um início para o nosso universo, pode até mesmo ser que sejamos o que emergiu da morte de um universo anterior.