Question

Demonstre como o conceito de Entropia está relacionado com a Teoria do Big Bang, incluindo nessa demonstração o ciclo de energia do universo

Answer 1

A teoria do Big Bang é uma tentativa da Física de explicar as origens do Universo. De forma bastante simples, ela afirma que todo o Universo iniciou-se a partir de uma singularidade, que vem expandindo-se pelo menos há 13,8 bilhões de anos. A teoria foi proposta pela primeira vez em 1920 pelo astrônomo e padre jesuíta Georges-Henri Lemaître (1894-1966), à qual ele se referia como a “hipótese do átomo primordial”. Posteriormente essa teoria foi desenvolvida pelo físico russo George Gamov (1904-1968). Uma de suas principais sugestões foi que a formação dos núcleos atômicos (nucleossíntese) nos primórdios do Universo deveria deixar como rastro uma radiação detectável, na faixa das micro-ondas.

Aspectos principais da teoria do Big Bang

Após o surgimento da teoria de Lemaître, as observações astronômicas de Edwin Hubble (1889-1953) mostraram que as galáxias afastam-se umas das outras em todas as direções do espaço e em altas velocidades. Essa evidência, juntamente à descoberta acidental da radiação cósmica de fundo, em 1965, pelos físicos Arno Penzias (1933) e Robert Wilson (1936), reforçou a aceitação da teoria do átomo primordial. O afastamento das galáxias foi considerado uma sugestão direta de um universo em expansão, enquanto a detecção da radiação de fundo confirmou as previsões teóricas do modelo de Gamov, sugerindo que o Universo teve um início, no qual os núcleos atômicos foram criados em um dado momento pelo processo de nucleossíntese.

Muitos pesquisadores investiram nessa teoria, que mais tarde foi chamada de teoria do Big Bang. Confira a seguir uma linha do tempo com as principais etapas da formação do universo de acordo com essa teoria:

O começo de tudo

Apesar da sugestão do nome, o Big Bang não foi de fato uma explosão, mas sim uma grande expansão (por razões desconhecidas) de um ínfimo ponto do espaço, chamado de singularidade, com densidade e temperatura infinitamente altas.

Período inflacionário

Quando o Universo tinha uma idade de aproximadamente 10-35 segundos, durante o período inflacionário, o seu tamanho aumentou exponencialmente, dobrando cerca de 90 vezes. Ao final dessa expansão acelerada, o Universo tornou-se mais frio e menos denso. Nesse período surgiram as forças fundamentais da natureza, bem como o tempo e o espaço.

Universo opaco

Os elementos mais leves da tabela periódica (Hidrogênio e Hélio) surgiram nos primeiros minutos de vida do universo por meio da combinação de prótons, dando origem aos núcleos atômicos mais leves. Esse processo deixou um rastro de energia detectável, proveniente de todas as direções do universo: a radiação cósmica de fundo. Durante os seus primeiros 300-400 mil anos de idade, o universo era tão denso que a luz não conseguia propagar-se, tudo era como uma névoa densa, que absorvia toda a luz.

Universo transparente

Com a crescente expansão do universo e diminuição da temperatura, os elétrons livres uniram-se aos núcleos atômicos, formando os primeiros átomos neutros, na fase conhecida como “recombinação”. Nessa fase, a luz passou a se propagar com mais facilidade pelo espaço, e o Universo tornou-se cada vez mais “transparente”.

Colapso gravitacional

Cerca de 200 milhões de anos após a sua expansão inicial, as forças gravitacionais começaram a aglutinar grandes porções de gás. Nessa época, a composição do universo era de aproximadamente 75% de Hidrogênio para 25% de gás Hélio. Com o acúmulo de átomos em pequenos volumes e sob altas temperaturas e pressões, iniciou-se o processo de fusão nuclear dos átomos de Hidrogênio, dando origem às primeiras estrelas.

Formação das galáxias

Passados 500 milhões de anos desde o início do universo, a força gravitacional uniu, lentamente, aglomerados de estrelas – as galáxias. Estas, em mútua atração, formaram os primeiros clusters (galáxias em atração gravitacional), que, por sua vez, formaram seus grupos locais.

A teoria do Big Bang foi capaz de explicar algumas observações astronômicas importantes, bem como responder de maneira satisfatória a algumas de nossas perguntas sobre a origem do universo, no entanto, deixou na mesma medida uma série de questionamentos. Há muito para se descobrir sobre a origem do universo, e os astrônomos continuam em busca de respostas, escavando, cada vez mais fundo, a história do cosmos.