Para qual lugar o Universo está se expandindo?
Essa é a pergunta que muita gente já se fez quando leu que o Universo se expande e que tudo está se afastando de nós. É uma pergunta interessante de ser feita porém a resposta pode não ser tão satisfatória e é necessário um pouco de Física para compreender.
Todo mundo já ouviu falar que o Universo está se expandindo e que quando observamos as galáxias todas estão se afastando. Essa foi uma observação feita por Edwin Hubble em 1929 onde ele propôs a Lei de Hubble.
A Lei de Hubble diz que a velocidade das galáxias aumentam quanto mais distante elas estão de nós. Essa foi a primeira observação que levou a entendermos que o Universo está se expandindo aceleradamente e nos possibilitou quase 1 século de observações para comprovar a Lei.
Mas se o Universo está se expandindo, para onde ele está se expandindo? O que tem fora do Universo? Para onde ele está indo? Essas são perguntas que surgem na nossa cabeça quando pensamos nisso. Se o Universo está se expandindo, ele tem que se expandir para algum lugar. Será?
Como sabemos que o Universo está se expandindo?
Edwin Hubble foi o primeiro a observar que as galáxias estão se afastando 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 diversas vezes e uma constante foi calculada, a constante de Hubble.
A constante de Hubble ainda necessita de mais observações sensíveis para ser confirmada porém todas observações até agora indicam um valor por volta de 70 quilômetros 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 observar as unidades da constante de Hubble percebemos que ela não tem unidade de velocidade. Em outras palavras, a constante de Hubble nos dá uma taxa de expansão do Universo e não exatamente uma velocidade de expansão.
A taxa de expansão nos dá informação sobre o quanto as distâncias aumentam entre dois pontos distintos no Universo. Essa taxa está no espaço entre os dois pontos e não nos dois pontos.
Para facilitar, uma analogia é imaginar que um balão está sendo inflado. Se você pintar dois pontos no balão, perceberá que esses pontos se afastam mas não porque a velocidade dos pontos muda e sim porque o material do balão entre os dois pontos se estica.
O que está se expandindo é o espaço-tempo - o tecido que compõe o Universo - entre dois pontos. O espaço-tempo funcionaria como o tecido do balão nesse caso, expandindo e se esticando.
Não sabemos o formato do Universo ainda
Nós não sabemos qual o formato do Universo e nem mesmo se ele 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.
Como espaço parece estar sendo 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 se afastar.
O que causa a expansão?
Essa expansão é causada por algo que levou 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 ao da gravidade e em larga escala ela domina. É por isso que galáxias próximas, como Via Láctea e Andrômeda, estão se aproximando e irão se colidir algum dia. Em pequenas escalas, a gravidade ainda domina.
Big Bang e a Morte Térmica
Se tudo está se expandindo, em algum momento tudo estava em um ponto só. Essa 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.
A Morte Térmica seria quando a energia escura atingiu o seu limite e nada mais seria possível de acontecer dentro do Universo. Em outras palavras, é o limite físico para qualquer evento.
Para onde o Universo está se expandindo?
O Universo se expande dentro dele mesmo. É espaço surgindo dentro do próprio tecido do espaço-tempo. Não está se expandindo para fora como o exemplo do balão, ele se expande dentro de si mesmo.
Isso 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 se expandindo dentro de si mesmo e percebemos isso ao ver galáxias se afastando.