What is the universe expanding into? - Sajan Saini

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

The universe began its cosmic life in a big bang

O universo começou a sua vida cósmica num grande Big Bang,

nearly fourteen billion years ago,

há quase 14 mil milhões de anos

and has been expanding ever since.

e, desde então, tem estado em expansão.

But what is it expanding into?

Mas em que é que se está a expandir?

That's a complicated question.

É uma pergunta complicada.

Here's why:

A razão é esta:

As equações de Einstein da relatividade geral

Einstein's equations of general relativity

describe space and time as a kind of inter-connected

descrevem o espaço e o tempo

como uma espécie de tecido interligado para o universo.

fabric for the universe.

This means that what we know of as space and time

Ou seja, o que sabemos sobre o tempo e o espaço

só existem como parte do universo e não para além dele.

exist only as part of the universe and not beyond it.

Now, when everyday objects expand, they move out

Quando os objetos do nosso quotidiano se expandem,

ocupam um espaço maior.

into more space.

But if there is no such thing as space to expand into,

Mas se não existir essa coisa a que chamamos espaço,

what does expanding even mean?

o que é que significa expandir-se?

In 1929 Edwin Hubble's astronomy observations

Em 1929, as observações astronómicas de Edwin Hubble

gave us a definitive answer.

deram-nos uma resposta definitiva.

His survey of the night sky found all faraway galaxies

O seu estudo do céu noturno descobriu que todas as galáxias distantes

recede, or move away, from the Earth.

recuam, ou afastam-se da Terra.

Moreover, the further the galaxy, the faster it recedes.

Além disso, quanto mais distante está a galáxia, mais depressa se afasta.

How can we interpret this?

Como interpretamos isso?

Consider a loaf of raisin bread rising in the oven.

Considerem um pão de passas a crescer no forno.

The batter rises by the same amount in between each

A massa cresce proporcionalmente entre cada uma das passas.

and every raisin.

If we think of raisins as a stand-in for galaxies,

Se pensarmos nas passas como sendo galáxias,

and batter as the space between them,

e a massa como o espaço entre elas,

we can imagine that the stretching or expansion

podemos imaginar que a expansão do espaço intergaláctico

of intergalactic space will make the galaxies recede from each other,

fará com que as galáxias se afastem umas das outras.

and for any galaxy, its faraway neighbors will recede a larger

Para cada uma das galáxias, as suas vizinhas mais afastadas

recuarão a uma distância maior do que as mais próximas

distance than the nearby ones

in the same amount of time.

no mesmo período de tempo.

Sure enough, the equations of general relativity predict a cosmic

Claro que as equações da relatividade geral preveem

tug-of-war between gravity and expansion.

um jogo de forças cósmico entre a gravidade e a expansão.

It's only in the dark void between galaxies where expansion wins out,

É apenas no vazio escuro entre galáxias que a expansão pode ocorrer

and space stretches.

e o espaço pode esticar.

So there's our answer.

Portanto, a nossa resposta é esta.

The universe is expanding unto itself.

O universo está a expandir-se em si mesmo.

That said, cosmologists are pushing the limits of mathematical models

Dito isto, os cosmólogos ultrapassam os limites dos modelos matemáticos

to speculate on what, if anything, exists beyond our spacetime.

para especular sobre o que existe, se é que existe,

para lá do nosso espaço-tempo.

These aren't wild guesses, but hypotheses that tackle

Não são conjeturas à toa, são hipóteses de estudo,

kinks in the scientific theory of the Big Bang.

que abordam problemas na teoria científica do Big Bang.

The Big Bang predicts matter to be distributed evenly across the universe,

O Big Bang prevê que a matéria está distribuída uniformemente

por todo o universo,

as a sparse gas --but then, how did galaxies and stars come to be?

como um gás escasso — mas, então, como apareceram as galáxias e as estrelas?

The inflationary model describes a brief era

O modelo inflacionário descreve uma era curta

of incredibly rapid expansion

de uma expansão incrivelmente rápida

that relates quantum fluctuations in the energy of the early universe,

que relaciona as flutuações quânticas na energia do universo primitivo

to the formation of clumps of gas that eventually led to galaxies.

com a formação de maciços de gás que acabaram por formar as galáxias.

If we accept this paradigm, it may also imply our universe represents

Se aceitarmos este paradigma, isso também pode implicar

que o universo representa uma região numa realidade cósmica maior

one region in a greater cosmic reality that undergoes endless, eternal inflation.

que sofre uma inflação infindável e eterna.

We know nothing of this speculative inflating reality,

Nada sabemos sobre esta realidade de inflação especulativa,

save for the mathematical prediction that its endless expansion

a não ser quanto à previsão matemática de que a sua expansão sem fim

may be driven by an unstable quantum energy state.

talvez seja motivada por um estado de energia quântica instável.

In many local regions, however, the energy may settle by random

Contudo, em muitas regiões locais, a energia pode instalar-se ao acaso

chance into a stable state, stopping inflation and forming bubble universes.

num estado estável, detendo a inflação e formando universos bolha.

Each bubble universe —ours being one of them

Cada universo bolha — sendo o nosso um deles —

—would be described by its own Big Bang and laws of physics.

seria descrito pelo seu próprio Big Bang e pelas leis da física.

Our universe would be part of a greater multiverse,

O nosso universo faria parte de um multiverso maior,

in which the fantastic rate of eternal inflation makes it impossible

em que o ritmo fantástico da inflação eterna

nos tornasse impossível encontrar um universo vizinho.

for us to encounter a neighbor universe.

The Big Bang also predicts that in the early, hot universe, our fundamental forces

O Big Bang também prevê que, no primitivo universo quente,

as forças fundamentais podem unificar-se numa super força.

may unify into one super-force.

Mathematical string theories suggest descriptions of this unification,

As teorias matemáticas da corda sugerem descrições dessa unificação,

in addition to a fundamental structure for sub-atomic quarks and electrons.

para além de uma estrutura fundamental para quarks e eletrões subatómicos.

In these proposed models, vibrating strings are the building blocks of the universe.

Nestes modelos propostos, as cordas em vibração

são os blocos constitutivos do universo.

Competing models for strings have now been consolidated into a unified description,

Modelos concorrentes para as cordas

têm sido consolidados numa descrição unificada

and suggest these structures may interact with massive, higher dimensional surfaces called branes.

e sugerem que essas estruturas podem interagir

com superfícies maciças, altamente dimensionais chamadas p-branas.

Our universe may be contained within one such brane,

O nosso universo pode estar contido dentro de uma dessas p-branas,

floating in an unknown higher dimensional place, playfully named “the bulk,” or hyperspace.

a flutuar num local desconhecido, de dimensão mais alta,

chamado hiperespaço.

Other branes—containing other types of universes—may co-exist in hyperspace,

Outras p-branas — contendo outros tipos de universos —

podem coexistir no hiperespaço

and neighboring branes may even share certain fundamental forces like gravity.

e as p-branas vizinhas podem até partilhar

certas forças fundamentais, como a gravidade.

Both eternal inflation and branes describe a multiverse,

Tanto a inflação eterna como as p-branas descrevem um multiverso

but while universes in eternal inflation are isolated, brane universes could bump into each other.

mas, enquanto os universos, numa inflação eterna, estão isolados,

os universos das p-branas podem chocar uns com os outros.

An echo of such a collision may appear in the cosmic microwave background

Um eco duma colisão dessas pode aparecer no fundo das micro-ondas cósmicas

—a soup of radiation throughout our universe, that’s a relic from an early Big Bang era.

— uma sopa de radiações pelo nosso universo,

que seja uma relíquia de uma antiga era Big Bang.

So far, though, we’ve found no such cosmic echo.

Mas, até agora, não encontrámos nenhum eco cósmico.

Some suspect these differing multiverse hypotheses may eventually coalesce into a common description,

Há quem suspeite de que estas hipóteses divergentes de multiverso

possam vir a dar origem a uma descrição comum,

or be replaced by something else.

ou sejam substituídas por outra coisa qualquer.

As it stands now, they’re speculative explorations of mathematical models.

Por enquanto, são explorações especulativas de modelos matemáticos.

While these models are inspired and guided by many scientific experiments,

Embora estes modelos sejam inspirados e guiados

por muitas experiências científicas,

there are very few objective experiments to directly test them, yet.

há muito poucas experiências objetivas que as testem diretamente.

Until the next Edwin Hubble comes along,

Até aparecer o próximo Edwin Hubble,

scientists will likely be left to argue about the elegance of their competing models…

os cientistas continuarão a discutir a elegância dos seus modelos concorrentes

and continue to dream about what, if anything, lies beyond our universe.

e continuarão a sonhar com o que existe — se é que existe —

para além do nosso universo.