O Universo em Contração

Mas esperemos. Como podemos ter certeza de que o universo sempre se expandirá só porque agora o faz?

Suponhamos, por exemplo, que estamos observando uma bola que foi jogada para cima. Ela ascende regularmente, mas com velocidade regularmente decrescente. Sabemos que sua velocidade de subida acabará por reduzir-se a zero, e então ela começará a descer, cada vez mais depressa.

A razão disso é que a força gravitacional da Terra atrai a bola para baixo, primeiro diminuindo seu impulso de subida até anulá-lo, e depois aumentando o impulso de descida. Se a bola tivesse sido jogada para cima com um impulso maior, demoraria mais para a força gravitacional contrabalançar aquele impulso inicial. A bola conseguiria chegar a uma altura maior antes de parar e começar a cair.

Imaginamos que, qualquer que seja a velocidade com que atirarmos a bola para cima, ela parará e retornará sob a inexorável força da gravidade.

Há até o adágio: “Tudo o que sobe, desce”. Isso seria verdadeiro se a força gravitacional fosse sempre constante, mas não é.

A força gravitacional da Terra decresce na razão do quadrado da distância do centro da Terra. Um objeto na superfície terrestre está a cerca de 6 400 quilômetros de seu centro. Um objeto a 6 400 quilômetros acima da superfície estaria duas vezes mais longe do centro e sob apenas um quarto da força gravitacional na superfície.

Pode-se atirar um objeto para cima com velocidade tão grande que, à medida em que ele sobe, a força gravitacional decresce tão rapidamente que nunca é forte o suficiente para reduzir aquela velocidade a zero. Sob essas circunstâncias, o objeto não cai, mas deixa a Terra para sempre. A velocidade mínima para que isso ocorra é a “velocidade de escape”, que, para a Terra, é de 11,23 quilômetros por segundo.

Pode-se dizer que o universo também tem uma velocidade de escape.

Os aglomerados galácticos atraem-se gravitacionalmente; porém, como resultado da força da grande explosão, estão se afastando em direção oposta à força da gravidade. Isso significa que podemos contar com a força gravitacional para retardar a expansão, pouco a pouco, e possivelmente cessá-la. Uma vez ocorrido isso, os aglomerados galácticos, sob a força de suas próprias atrações gravitacionais, começarão a se aproximar e surgirá um universo em contração. À medida em que os aglomerados galácticos se separam, contudo, a força gravitacional de cada um sobre seus vizinhos diminui. Se a expansão é rápida o suficiente, a força decresce a tal ponto que jamais poderá pôr um fim à expansão. O grau de expansão mínimo que se requer para impedir essa parada é a velocidade de escape para o universo.

Se os aglomerados galácticos estiverem se afastando uns dos outros a uma velocidade maior que a de escape, continuarão para sempre a se separar e o universo se expandirá até atingir a morte pelo calor. Será um “universo aberto”, do tipo que estávamos discutindo antes neste capítulo. Se os aglomerados galácticos estiverem se separando a uma velocidade menor que a de escape, a expansão conseqüentemente cessará. Uma contração terá início e o universo retomará a forma do ovo cósmico, que explodirá numa nova grande explosão. Será um “universo fechado” (às vezes chamado de “universo oscilante”).

A questão é, então, saber se o universo está ou não se expandindo a um grau além da velocidade de escape. Temos conhecimento do grau da expansão; se soubéssemos também o valor da velocidade de escape, teríamos a resposta.

A velocidade de escape depende da atração gravitacional entre os aglomerados galácticos, e isso depende da massa de cada aglomerado e da distância entre eles. Obviamente, diferentes aglomerados apresentam tamanhos diversos e certos aglomerados vizinhos estão mais separados do que outros.

O que podemos fazer, por conseguinte, é imaginar toda a matéria em todos os aglomerados galácticos distribuída uniformemente sobre o universo.

Poderíamos então determinar a densidade média da matéria no universo.

Quanto mais alta a densidade média da matéria, maior a velocidade de escape, e é mais provável que os aglomerados galácticos não estejam se separando uns dos outros tão rápido a ponto de escaparem, e que, mais cedo ou mais tarde, a expansão venha a cessar e transformar-se em contração.

Pelo que sabemos atualmente, se a densidade média do universo fosse tal que um volume igual ao de uma sala ampla pudesse conter uma quantidade de matéria equivalente a quatrocentos átomos de hidrogênio, isso representaria uma densidade alta o bastante para manter o universo circunscrito ao grau atual de expansão.

Contudo, sabemos que a densidade média real do universo é somente um centésimo dessa quantidade. A partir de certas evidências indiretas, inclusive a quantidade de deutério (uma variedade pesada de hidrogênio) no universo, a maioria dos astrônomos está convencida de que a densidade média não pode ser muito maior que isso. Se assim é, a força gravitacional que os aglomerados galácticos exercem uns sobre os outros é demasiado pequena para deter a expansão do universo. Este é, portanto, aberto, e a expansão prosseguirá até a morte pelo calor.

Não temos, porém, certeza total da densidade média do universo. A densidade é igual à massa multiplicada por volume; apesar de conhecermos razoavelmente o volume de uma dada seção do universo, não temos tanta certeza a respeito da massa dessa seção.

Sabemos como calcular as massas das galáxias, mas não como medir a massa da fina camada de estrelas, poeira e gás dispersos nas extremidades longínquas das galáxias e entre as próprias galáxias. Talvez estejamos subestimando demais a massa desse material não-galáctíco.

De fato, em 1977, astrônomos de Harvard, estudando radiografias espaciais, relataram ter obtido indicações de que alguns aglomerados galácticos são rodeados de auréolas de estrelas e poeira que possuem de cinco a dez vezes a massa das próprias galáxias. Tais auréolas aumentariam substancialmente a massa do universo, colocando em dúvida a possibilidade de um universo aberto.

Os próprios aglomerados indicam que a possibilidade de uma massa de universo muito maior deve ser considerada seriamente. Em muitos casos, quando a massa dos aglomerados é calculada com base nas massas das galáxias componentes, ocorre que a interação gravitacional geral resulta insuficiente para manter o aglomerado coeso. As galáxias individuais deveriam separar-se e dispersar-se por se movimentarem a um grau mais elevado que a aparente velocidade de escape do aglomerado. Mesmo assim, os aglomerados galácticos parecem estar gravitacionalmente unidos. A conclusão natural é de que os astrônomos estão fazendo estimativas falhas da massa total dos aglomerados — há uma massa externa às próprias galáxias que não está sendo levada em conta.

Resumindo: por um lado, há mais evidências que confirmam o fato de o universo ser aberto; por outro, as probabilidades de isso ser verdadeiro estão diminuindo. Cresce a possibilidade de haver uma quantidade de massa tal que justifique o fato de o universo ser fechado e

oscilante, ainda que pequeno {10}.

Tem sentido o universo se contrair? Isso significaria que todas as galáxias se agregariam e, no final, retomariam a formação do ovo cósmico, de baixa entropia. Não seria isso uma contradição à segunda lei da termodinâmica? Há contradições, seguramente, mas não devemos encarar a possibilidade como um desafio.

A segunda lei da termodinâmica, como foi dito antes, é simplesmente a generalização da experiência comum. Observamos que, ao estudarmos o universo sob quaisquer condições, a segunda lei jamais é violada — donde concluímos que ela não pode ser violada.

Tal conclusão pode ir longe demais. Afinal de contas, por mais que variemos as condições experimentais e de observação, há algo que não podemos variar: toda e qualquer observação que façamos, da própria Terra ou da mais longínqua galáxia que detectemos, e todas as condições experimentais que estabeleçamos — todas, sem exceção — ocorrem no universo em expansão. Portanto, a afirmação mais ampla que podemos fazer é que a segunda lei da termodinâmica nunca pode ser violada num universo em expansão.

Com base em nossas observações e experimentos, nada podemos dizer da relação entre entropia e o universo em contração. Podemos supor que, como a expansão do universo se abranda, o impulso de aumento da entropia se torna menos forte; quando a compressão do universo se inicia, o impulso de diminuição da entropia começa a se fortalecer.

Poderíamos supor, então, que, num universo fechado, haveria um aumento de entropia durante o estágio de expansão e, provavelmente antes de se chegar ao estágio da morte pelo calor, haveria uma reviravolta e uma conseqüente diminuição da entropia durante o estágio de contração. Como num relógio bem cuidado, então é dada corda ao universo antes que ele “pare”; deste modo, seu funcionamento prossegue (tanto quanto podemos afirmar) indefinidamente. Mas, com o desenrolar cíclico do universo, sem jamais ocorrer a morte pelo calor, podemos estar certos de que sempre haverá vida? Não haveria períodos, neste ciclo, em que a vida seria impossível?

Por exemplo, parece inevitável que a explosão do ovo cósmico seja prejudicial à vida. O universo inteiro (constituído unicamente do ovo cósmico), no instante da explosão, atinge uma temperatura de muitos trilhões de graus. Somente algum tempo após a explosão é que a temperatura esfria, a matéria se forma e se agrupa para constituir as galáxias e os sistemas planetários; é nessa ocasião que a vida evolui em planetas adequados.

Provavelmente, só depois de 1 bilhão de anos após a explosão original é que as galáxias, as estrelas, os planetas e a própria vida passam a existir no universo. Levando-se em conta que a contração reprisa (inversamente) a história do universo, espera-se que, 1 bilhão de anos antes da formação do ovo cósmico, seja impossível a existência de vida, planetas, estrelas ou galáxias.

Há, portanto, um período de 2 bilhões de anos em cada ciclo, com o ponto de flexão no ovo cósmico, no qual a vida é impossível. Em cada ciclo, após esse período, nova vida pode se formar, mas não terá ligações com a vida do ciclo anterior; esta findar-se-á antes do próximo ovo cósmico e, mais uma vez, não terá ligações com a vida do ciclo seguinte.

Observemos: pode ser que não haja menos de 1 trilhão de estrelas no universo. Todas emitem energia para o universo incessantemente — e assim tem sido há 15 bilhões de anos. Por que toda essa energia não serviu para aquecer todos os corpos frios do universo — assim como o planeta Terra — de modo a incandescê-los e impossibilitar a vida neles?

Há duas razões que explicam isso. Em primeiro lugar, todos os aglomerados galácticos se separam no universo em expansão. Isso significa que a luz que chega a qualquer aglomerado galáctico, a partir de outros, passa por desvios vermelhos em graduações variadas. Assim, quanto maior o comprimento de onda, menor é o conteúdo energético da luz, e o desvio vermelho significa uma diminuição de energia. Portanto, a radiação emitida por todas as galáxias é menos energética do que se pensa.

Em segundo lugar, o espaço ocioso do universo aumenta rapidamente, à medida em que este se expande. De fato, o espaço se avoluma mais rápido do que a energia emitida para preenchê-lo. Portanto, em lugar de se aquecer, o universo está se esfriando desde a explosão original, e sua temperatura geral é apenas de 3 graus acima do zero absoluto.

Logicamente, a situação seria inversa no caso do universo em contração. Todos os aglomerados galácticos estariam se aproximando uns dos outros, o que significaria que a luz incidente sobre qualquer aglomerado galáctico, a partir de outros, estaria sofrendo desvios violeta em graduações variadas e seria mais energética do que é hoje. Neste caso, o espaço ocioso do universo estaria diminuindo rapidamente; a radiação o preencheria mais rápido do que se poderia esperar. O universo em contração ficaria cada vez mais quente e, como disse, a 1 bilhão de anos da formação do ovo cósmico, já não comportaria qualquer forma de vida.

Quanto tempo vai levar até a formação do próximo ovo cósmico?

É impossível dizer. Depende da massa total do universo. Suponhamos que a massa seja suficientemente grande para garantir o universo fechado.

Quanto maior a massa além do mínimo necessário, mais forte o campo gravitacional do universo e mais rápido conduzirá a atual explosão a uma parada e o todo a uma contração que levará à formação do novo ovo cósmico.

Contudo, dada a pequena quantidade de massa que hoje se conhece, parece provável que, se essa massa pode ser aumentada a ponto de garantir um universo fechado, este propósito mal será alcançado. Isso significa que o grau de expansão diminuirá gradualmente e, quando chegar a hora de cessar, os últimos resíduos só desaparecerão vagarosamente sob a tração do campo gravitacional, que mal comporta essa tarefa, e o universo começará a se contrair extensivamente.

Estamos passando por um período de expansão relativamente rápido, com a duração de apenas algumas dezenas de bilhões de anos; entre uma coisa e outra, haverá um longo período com um universo realmente estático.

Poderíamos supor que o universo sofrerá uma pausa na metade do caminho rumo à morte pelo calor; digamos, dentro de meio trilhão de anos, e meio trilhão de anos antes da formação do novo ovo cósmico. Neste caso, a espécie humana pode escolher entre esperar 1 trilhão de anos pela morte pelo calor, no caso de o universo ser aberto, e 1 trilhão de anos até o próximo ovo cósmico, caso o universo seja fechado.

Ambas parecem ser catástrofes derradeiras, mas, das duas, o ovo cósmico{11} é a mais violenta, ameaçadora, apocalíptica-Ragnarok, e a que mais dificilmente se evitará. A espécie humana pode preferir a primeira, mas temo que aquela a ser enfrentada — caso se viva até lá — é mesmo a segunda.