New results concerning the curvature of the Universe

Durante quase um século, os cosmólogos têm feito uma pergunta única e deceptivamente simples: qual é a forma do universo? A resposta depende de quanta matéria e energia existe dentro do vazio cósmico. Se a densidade for exata, o espaço é plano, como uma folha de papel infinita onde linhas paralelas nunca se encontram e os ângulos de um triângulo gigante sempre somam exatamente cento e oitenta graus. Se houver pouca matéria, o espaço curva-se para fora como uma sela, e esses ângulos somam menos de cento e oitenta graus. Se houver matéria demais, o espaço curva-se para dentro como a superfície de uma esfera, onde linhas paralelas eventualmente se cruzam e os ângulos dos triângulos excedem cento e oitenta graus. Esta geometria dita o destino final de tudo o que vemos. Um universo plano ou aberto expandir-se-ia para sempre, enquanto um universo fechado e esférico poderia eventualmente parar de expandir e colapsar sobre si mesmo. Durante décadas, as medições sugeriram que o universo era plano, mas novos dados e uma nova teoria radical estão a forçar os cientistas a reconsiderar se vivemos, de facto, numa esfera finita e fechada.

Uma equipa de investigadores reuniu novas evidências para argumentar que o universo é, de facto, fechado, possuindo uma curvatura positiva semelhante à superfície de uma esfera. O seu trabalho começa ao observar os mapas mais precisos que temos do cosmos, criados pelo satélite Planck. Embora interpretações anteriores destes dados apontassem para um universo plano, os autores destacam que, quando certas medições complexas são ajustadas, os resultados mudam. Os dados do satélite mostram agora uma ligeira, mas significativa, preferência por um universo que é fechado, com um parâmetro de curvatura que é positivo em vez de zero. Este indício experimental é apoiado por uma série de argumentos teóricos que sugerem que um universo plano ou aberto não pode existir sem violar leis fundamentais da física. Especificamente, os investigadores apontam que um universo que seja plano ou aberto não pode ser simultaneamente suave e completo sem quebrar uma regra sobre como a energia se comporta ao longo do caminho da luz. Apenas um universo fechado satisfaz estes rigorosos requisitos matemáticos, permitindo um cosmos que é livre dos pontos infinitos onde a física costiramente falha.

O artigo introduz um novo quadro chamado paradigma do anel para explicar por que esta forma fechada é necessária. Nesta visão, a gravidade não é uma força padrão, mas uma interação transportada por pequenos anéis unidimensionais que permeiam todo o espaço. Estes anéis atuam como os blocos fundamentais de construção do universo, vibrando para criar o que percebemos como gravidade. Como estes anéis têm uma velocidade máxima à qual podem formar-se e viajar, o universo não pode ser infinitamente grande. Se o espaço fosse infinito, a velocidade necessária para que estes anéis ligassem pontos distantes teria de ser infinita, o que é impossível. Em vez disso, o universo deve ter um diâmetro finito, embora inimaginavelmente vasto. Este tamanho finito leva naturalmente a uma geometria esférica. A teoria também sugere que o universo pode ser cíclico, expandindo-se e contraindo-se ao longo de biliões de anos, um processo que se ajusta perfeitamente dentro das restrições de uma forma fechada e esférica.

Para além da forma do cosmos, esta nova teoria oferece soluções para alguns dos enigmas mais profundos da física. Os investigadores propõem que os anéis gravitacionais resolvem o mistério dos buracos negros ao permitir que a informação escape, evitando o paradoxo onde os dados parecem desaparecer para sempre. Eles também sugerem que o comportamento estranho das partículas quânticas, que muitas vezes parece aleatório, é na verdade determinado pelos caminhos traçados por estes anéis. Nesta imagem, o universo comporta-se de forma clássica nos seus níveis mais elevados, com a aleatoriedade da mecânica quântica emergindo da estrutura subjacente destes anéis. A teoria propõe até que o próprio tempo poderá inverter a sua direção se o universo parar de expandir e começar a contrair-se, ligando o fluxo do tempo diretamente à geometria do espaço.

Embora a ideia de um universo fechado desafie a crença de longa data de que o espaço é plano, os autores enfatizam que esta conclusão ainda não é uma prova final. A evidência provém de uma combinação de reexame de dados de satélite e da aplicação de uma nova teoria de gravidade quântica, ainda não testada. Os modelos matemáticos sugerem que um universo fechado é a única opção que evita singularidades e satisfaz as leis da energia, mas a teoria depende de conceitos que ainda não foram observados diretamente. A velocidade à qual estes anéis gravitacionais viajam é tão rápida que está além do alcance de qualquer instrumento atual ou planeado, tornando a medição direta impossível por agora. No entanto, a consistência da teoria com os dados existentes e a sua capacidade de resolver múltiplos problemas ao mesmo tempo tornam-na uma possibilidade convincente. O universo pode ser uma esfera finita, um vasto laço fechado onde a geometria do espaço dita o destino de toda a matéria e energia dentro dele.