O primeiro segundo

Devido às limitações das leis da ciência, não é possível definir o instante em que o universo surgiu. Em vez disso, pode-se observar o período imediatamente subseqüente à criação do universo. Atualmente, o momento mais antigo sobre o qual os cientistas é o ocorrido em t = 1 x 10^-43 segundos (onde "t" significa o tempo posterior à criação do universo). Em outras palavras, tome o número 1 e mova a casa decimal 43 lugares para a esquerda.

Cortesia NASA
Imagem de uma galáxia distante obtida
pelo Telescópio Espacial Spitzer, da NASA

A Universidade de Cambridge se refere ao estudo desses primeiros momentos como cosmologia quântica [fonte: Cambridge University (em inglês)]. Nos momentos iniciais do Big Bang, o universo era tão pequeno que a física clássica ainda não era aplicável. Em vez disso, a física quântica estava em ação.

A física quântica lida com a física em escala subatômica. Boa parte do comportamento das partículas em escala quântica parece estranho porque elas parecem desafiar a compreensão que se tem de física clássica. Os cientistas esperam descobrir a conexão entre a física quântica e a clássica, o que oferecerá muito mais informações sobre a maneira como o universo funciona.

Em t = 1 x 10^-43 segundos, o universo era incrivelmente pequeno, denso e quente. Essa área homogênea do universo abarcava uma região de apenas 1 x 10^-33 centímetros. Hoje, essa mesma quantidade de espaço se estende por bilhões de anos-luz. Os teóricos do big bang acreditam que, durante essa fase, matéria e energia eram inseparáveis. As quatro forças primárias do universo eram uma força unida. A temperatura desse universo era de 1 x 10³² graus Kelvin (1 x 10³² graus Celsius). Com a passagem de ínfimas frações de segundo, o universo se expandiu rapidamente. Os cosmólogos se referem a essa expansão do universo como inflação. O universo dobrou de tamanho diversas vezes em menos de um segundo [fonte: UCLA (em inglês)].

À medida que o universo se expandia, ele se resfriava. Por volta de t = 1 x 10^-35 segundos, matéria e energia se separaram. Os cosmólogos designam esse momento como bariogênese - matéria bariônica é a forma de matéria que podemos observar. Em contraste, não podemos observar a matéria escura, mas sabemos que ela existe devido à maneira pela qual afeta a energia e outras formas de matéria.

Na bariogênese, o universo se encheu de quantidades quase iguais de matéria e antimatéria. Havia mais matéria que antimatéria, de modo que, embora a maioria das partículas e antipartículas tenham se aniquilado mutuamente, algumas partículas sobreviveram. Mais tarde, essas partículas se combinariam para formar toda a matéria do universo.

Um período de cosmologia de partículas se seguiu à era quântica. Esse período começa em t = 1 x 10^-11 segundos. Trata-se da fase que cientistas conseguem recriar em condições de laboratório por meio de aceleradores de partículas. Isso significa que dispomos de alguns dados observacionais sobre a provável configuração do universo naquele momento. A força unificada se dividiu em seus componentes. As forças do eletromagnetismo e da interação nuclear fraca se separaram. Os fótons eram mais numerosos que as partículas de matéria, mas o universo era denso demais para que a luz brilhasse em seu interior.

Em seguida veio o período da cosmologia padrão, iniciado 0,01 segundo depois do começo do big bang. Desse momento em diante, os cientistas acreditam que dominam razoavelmente bem a maneira pela qual o universo se desenvolveu. O universo continuou a se expandir e a se resfriar, e as partículas subatômicas formadas durante a bariogênese começaram a se combinar formando nêutrons e prótons. Quando o primeiro segundo passou, essas partículas já eram capazes de formar os núcleos de elementos leves como o hidrogênio (na forma do isótopo deutério), hélio e lítio, processo conhecido como nucleossíntese. Mas o universo continuava denso e quente demais para que os elétrons se unissem a esses núcleos e formassem átomos estáveis.

O primeiro segundo foi realmente movimentado. Na próxima página, descobriremos o que aconteceu nos 13 bilhões de anos seguintes.