Força que tenta separar tudo que existe no Universo desafia os cientistas

A força da gravidade é a mais fraca de todas as forças do universo. Quando você toma um cafezinho de manhã, suas mãos vencem a influência do planeta Terra em puxar a xícara para o chão. Mesmo sendo tão fraca, a gravidade é a força mais importante ao olharmos para o céu. Planetas girando em torno do Sol, galáxias se formando com bilhões de estrelas, todas essas estruturas surgem da inevitável atração da gravidade.

A força gravitacional sempre atrai corpos uns aos outros, com uma única exceção. O espaço vazio —o "vácuo"— também exerce força gravitacional sobre todos os outros corpos no universo. Essa força gravitacional vinda do nada escapa da nossa intuição do dia a dia, e seu próprio descobridor, Albert Einstein, considerava a ideia esdrúxula. A força gravitacional do vácuo tem um nome mais charmoso — a "constante cosmológica" — pois, não importa onde você estiver, essa influência gravitacional estará presente.

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A grande surpresa da constante cosmológica é que ela pode ser tanto atrativa (como no caso do planeta Terra te puxando para o chão) como repulsiva. A constante cosmológica pode atuar como antigravidade, afastando você de tudo ao seu redor. Se tal força realmente existe, deve ser muito fraca, pois não observamos antigravidade no dia a dia.

Em 1998, astrônomos e físicos detectaram a constante cosmológica pela primeira vez, e para a surpresa de todos os cientistas no mundo, descobriram que a constante cosmológica é antigravitacional. Isso significa que, aos poucos, o vácuo está tentando separar todas as estrelas, planetas, etc. do universo uns dos outros. A descoberta foi um choque e ainda é causa de muita discussão e investigação hoje em dia.

Desde 1998, diferentes experimentos e métodos de medida da constante cosmológica confirmaram a existência dessa misteriosa fonte de antigravidade. Porém, recentemente, a precisão das medições ficou tão boa que o valor da constante cosmológica medido por métodos diferentes resulta em valores diferentes.

Por exemplo, nessa compilação feita pelo cientista Colin Hill, da Universidade Columbia, nos EUA, percebe-se que os valores inferidos não são consistentes uns com os outros. Em particular, o experimento Planck (primeira linha da figura) e o experimento SH0ES (oitava linha da figura) mostram que mesmo com intervalos de confiança de 99% em suas respectivas medições, os valores finais da constante cosmológica são incompatíveis.

Isso seria um erro de medição ou uma dica que a natureza está nos dando, de que esquecemos de acrescentar algum ingrediente nas nossas teorias do universo?

Ninguém tem certeza do que causa essa discrepância, em parte porque nenhuma solução para o problema é atraente. As soluções teóricas envolvem vários novos ingredientes e não reconciliam completamente as diferentes medições da constante cosmológica. Ao mesmo tempo, as medições experimentais têm sido reanalisadas de vários ângulos diferentes, por diversos grupos, e nenhum problema foi encontrado.

Essa "tensão de Hubble" [1] ainda deverá dar bastante pano pra manga nos próximos anos, com o advento de mais experimentos com maior precisão.

Independente da resolução final da tensão de Hubble, o maior enigma é o da origem da constante cosmológica, e do seu valor numérico.

Existem métodos teóricos para calcular o valor da constante cosmológica. O valor obtido é absurdo. Por exemplo, implicaria que a aceleração dos corpos ao seu redor é tão enorme que você não conseguiria ir da sua cama até a mesa de jantar para tomar café da manhã. A mesa e tudo ao seu redor ia se afastar de você muito mais rápido do que você poderia correr.

Essa previsão é tão catastrófica que, se fosse correta, seria impossível no nosso universo que estrelas e planetas se formassem; a repulsão do vácuo não permitiria que átomos e partículas se aglutinassem. Você pode desconfiar dos métodos para fazer essas contas, mas os mesmos métodos são usados em física de partículas com um sucesso estrondoso, em que valores teóricos e experimentais coincidem com precisão de uma parte em bilhões.

A expansão acelerada do universo vai continuar a fascinar astrônomos, físicos experimentais e teóricos por muitos anos. Talvez a natureza esteja nos fornecendo uma nova dica sobre os ingredientes que geram nosso rico universo.

Independente disso, ainda teremos bastante trabalho até entender por que podemos acordar e tomar café sem nos preocuparmos com a força antigravitacional do vácuo.

REFERÊNCIA

[1] O nome "tensão de Hubble" vem do fato que o astrônomo Edwin Hubble foi um dos pioneiros em indicar que o universo está em expansão. A grande revolução da constante cosmológica é um fato adicional, de que o universo está em expansão acelerada! As estrelas distantes vão continuar se afastando de nós cada vez mais rápido.

*Guilherme Pimentel é pesquisador no instituto de física da Universidade de Amsterdã na Holanda. Tem graduação em engenharia eletrônica e mestrado em física pelo ITA. Fez doutorado em física na Universidade de Princeton e trabalhou como pesquisador na Universidade de Cambridge. Sua pesquisa é focada em cosmologia e física de partículas; em particular, em propor novas teorias para explicar a expansão acelerada do universo.