Para que lugar o Universo está a expandir-se?

Esta é a pergunta que muita gente já fez quando leu que o Universo se expande e que tudo está a afastar-se de nós. É uma pergunta interessante, mas a resposta pode não ser tão satisfatória e é necessário um pouco de Física para compreender.

Se o Universo está a expandir-se, para onde se está a expandir? Existe algo fora do Universo? Para que lugar está a expandir-se?
Se o Universo está a expandir-se, para onde se está a expandir? Existe algo fora do Universo? Para que lugar está a expandir-se?

Toda a gente já ouviu falar que o Universo está a expandir-se e que quando observamos as galáxias, todas estão a afastar-se. Esta foi uma observação feita por Edwin Hubble em 1929 quando ele propôs a Lei de Hubble.

A Lei de Hubble diz que a velocidade das galáxias aumentam quanto mais distantes elas estão de nós. Esta foi a primeira observação que levou a entendermos que o Universo está a expandir-se aceleradamente e que nos possibilitou quase 1 século de observações para comprovar a Lei.

Mas se o Universo está a expandir-se, para onde se está a expandir? O que há fora do Universo? Para onde está a ir? Estas são perguntas que surgem na nossa cabeça quando pensamos nisso. Se o Universo está a expandir-se, tem que se expandir para algum lugar. Será?

Como sabemos que o Universo está a expandir-se?

Edwin Hubble foi o primeiro a observar que as galáxias estão a afastar-se de nós e quanto mais distante uma galáxia está, mais rápido ela se afasta. Existe uma espécie de aceleração quanto mais longe algum objeto está.

As observações de Hubble foram confirmadas várias vezes e uma constante foi calculada, a constante de Hubble.

A constante de Hubble dá-nos a taxa de aceleração do Universo, ou seja, o quanto esperamos que os objetos estejam a afastar-se de nós.

A constante de Hubble ainda necessita de mais observações sensíveis para ser confirmada, contudo todas as observações até agora indicam um valor por volta de 70 quilómetros por segundo a cada milhão de parsecs. Sendo 1 parsec igual a 3.26 anos-luz.

Taxa de expansão não é a mesma coisa que velocidade!

Se observarmos as unidades da constante de Hubble, percebemos que ela não tem unidade de velocidade. Por outras palavras, a constante de Hubble dá-nos uma taxa de expansão do Universo e não exatamente uma velocidade de expansão.

A taxa de expansão dá-nos informação sobre o quanto as distâncias aumentam entre dois pontos distintos no Universo. Esta taxa está no espaço entre os dois pontos e não nos dois pontos.

Para facilitar, uma analogia é imaginar que se está a encher um balão. Se pintar dois pontos no balão, perceberá que estes pontos se afastam, mas não porque a velocidade dos pontos muda e sim porque o material do balão entre os dois pontos se estica.

Analogia da expansão do Universo em que se enche um balão.
Analogia da expansão do Universo em que se enche um balão.

O que está a expandir-se é o espaço-tempo - o tecido que compõe o Universo - entre dois pontos. O espaço-tempo funcionaria como o tecido do balão neste caso: a expandir-se e a esticar-se.

Não sabemos o formato do Universo ainda

Nós não sabemos qual é o formato do Universo e nem mesmo se é infinito ou finito. A Cosmologia, área que estuda o Universo em si, tende a levar que o formato seria plano, diferentemente do caso do balão.

É como imaginar que mais espaço está a ser criado dentro do Universo a todo o momento. Ele expande-se dentro de si mesmo.

Como espaço parece estar a ser criado entre dois pontos, é natural que quando observamos algo distante, ele parece ficar cada vez mais distante. E quanto mais distante, mais espaço cabe dentro, logo mais rápido parece afastar-se.

O que causa a expansão?

Esta expansão é causada por algo que tem o nome de energia escura. A energia escura ainda permanece como um mistério para a Física apesar de se encaixar bem nas equações de Cosmologia, como a própria Relatividade Geral de Einstein.

Os efeitos da energia escura são opostos aos da gravidade e em larga escala, ela domina. É por isto que galáxias próximas, como a Via Láctea e a Andrómeda, estão a aproximar-se e irão colidir uma com a outra algum dia. Em pequenas escalas, a gravidade ainda domina.

Big Bang e a Morte Térmica

Se tudo está a expandir-se, em algum momento tudo esteve num ponto só. Esta é a premissa do início do Universo que ficou conhecido como Big Bang. O Big Bang deu o pontapé inicial nessa expansão que permanece até hoje, com algumas variações com o tempo.

Ainda não sabemos se a expansão continuaria indefinidamente, mas se a taxa de expansão se mantiver, é esperado que a dado momento o Universo chegue ao máximo da sua expansão, atingindo então a Morte Térmica.

A Morte Térmica seria quando a energia escura atingiu o seu limite e nada mais seria possível de acontecer dentro do Universo. Por outras palavras, é o limite físico para qualquer evento.

Para onde o Universo está a expandir-se?

O Universo expande-se dentro dele próprio. É espaço a surgir dentro do próprio tecido do espaço-tempo. Não está a expandir-se para fora, como o exemplo do balão, mas sim expande-se dentro de si mesmo.

Isto é algo abstrato de pensar quando falamos de algo que é quadridimensional e só conseguimos observar de forma tridimensional. Mas o espaço-tempo está apenas a expandir-se dentro de si mesmo e percebemos isto ao ver galáxias a afastarem-se.