O universo que observamos hoje surgiu como resultado de uma série de eventos que ocorreram muito antes do surgimento das primeiras estrelas. Os cientistas investigam como pequenas flutuações quânticas contribuíram para transformar um ambiente cósmico quase homogêneo na paisagem rica em galáxias que vemos atualmente.
Em um artigo publicado na revista The Conversation, Ruth Lascos, professora de física teórica da Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea, explica que o período anterior ao Big Bang quente contém pistas importantes sobre a origem das estruturas cósmicas.
O conceito de espaço absolutamente vazio contradiz os princípios da mecânica quântica. Mesmo o chamado vácuo possuía pequenas variações de energia que poderiam ter influenciado a evolução inicial do universo. Antes da fase do Big Bang quente, o cosmos consistia em plasma primário, onde as partículas interagiam constantemente. À medida que o espaço se expandia, essas interações enfraqueciam e algumas partículas começaram a se mover livremente.
Um dos momentos significativos foi o desacoplamento dos neutrinos, ocorrido cerca de um segundo após o início da expansão. Esses elementos continuam sendo estudados, pois podem ajudar a explicar um dos problemas fundamentais da física: por que há muito mais matéria do que antimatéria no universo. Outro estágio importante ocorreu aproximadamente 380 mil anos depois, quando os fótons puderam atravessar o plasma sem obstáculos. Esta luz antiga é observada hoje como radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Antes do Big Bang quente, o universo, supostamente, passou por uma fase de expansão extremamente rápida, conhecida como inflação. Embora este período tenha durado apenas uma fração de segundo, ele foi decisivo para a organização do cosmos. Durante essa expansão, minúsculas flutuações quânticas foram ampliadas e deixaram de ser fenômenos microscópicos. Elas se transformaram em diferenças de densidade que, sob a ação da gravidade, geraram as estruturas que conhecemos.
Entre as consequências dessas flutuações estão: a criação de regiões com concentração aumentada de matéria; a formação dos primeiros centros de atração gravitacional; o desenvolvimento de estrelas e galáxias; e o surgimento de grandes estruturas do universo.
Essas pequenas não uniformidades não desapareceram completamente. Elas deixaram rastros na radiação cósmica de fundo, que é considerada uma espécie de 'fóssil' dos estágios mais iniciais da existência do universo. A existência de flutuações causadas pelo acaso quântico representa uma condição mínima para o surgimento de qualquer estrutura em grande escala.
A pesquisadora enfatiza que a compreensão desta fase inicial é uma tentativa de descobrir como as diferentes forças da natureza trabalharam juntas para formar o universo atual. Apesar de ainda não haver uma teoria capaz de unificar completamente a gravidade e a física quântica, o estudo desses vestígios antigos permite aos cientistas recriar uma das histórias mais fascinantes da ciência: como minúsculas oscilações invisíveis deram origem ao vasto cosmos que observamos hoje.
Um físico conseguiu observar experimentalmente o surgimento do tempo a partir de um sistema quântico completamente isolado, ao construir um chamado "miniuniverso". Este experimento aborda a questão fundamental de como o tempo pode existir se o universo não possui referências externas.
Giovanni Barontini, físico experimental da Universidade de Birmingham, publicou um novo estudo em 11 de junho na revista Physical Review Research. Para realizar este experimento singular, ele utilizou uma nuvem de átomos extremamente frios para configurar seu miniuniverso. O sistema foi isolado de tal maneira que, assim como o universo, não havia um elemento externo que pudesse servir como referência temporal.
Barontini procedeu dividindo o sistema em duas porções e optou por negligenciar uma delas, designada como "setor escuro", a fim de provar que o tempo poderia originar-se inteiramente internamente ao sistema. Os resultados fornecem o primeiro exame prático sobre a razão pela qual o universo possui a dimensão temporal.
Este trabalho investiga um dilema que fascina a comunidade física há quase seis décadas. A equação de Wheeler-DeWitt, peça central da gravidade quântica — área dedicada a conciliar a teoria da gravidade de Einstein com a mecânica quântica —, modela o universo como um conjunto fechado, sem qualquer parâmetro de tempo externo. Isso levanta a dúvida sobre a origem da nossa percepção do tempo.
A teoria do tempo relacional sugere que o tempo não é uma propriedade primária da realidade, mas sim algo que surge das interações internas do universo, onde uma parte do sistema funciona como relógio para outra. Contudo, essa hipótese jamais havia sido verificada diretamente em um ambiente laboratorial.
A inspiração para Barontini surgiu de uma observação pessoal: ele viu seu filho brincar com kits de montagem, o que lhe fez pensar que o processo era análogo ao que ocorre em seus próprios laboratórios, onde criam pequenas réplicas da realidade usando condensados de Bose-Einstein.
Para simular um universo autossuficiente, Barontini confinou o condensado em uma armadilha e o separou ao meio com um feixe fino de laser. Ele monitorou cuidadosamente uma metade, denominada "setor brilhante", enquanto intencionalmente ignorava a outra, o "setor escuro".
Os átomos no setor brilhante oscilavam periodicamente dentro da armadilha, ultrapassando e voltando através da barreira. Barontini nomeou os momentos em que os átomos invadiam o setor brilhante como "Big Bang" e os momentos de esvaziamento como "Big Crunch", termo associado a uma teoria de colapso final do universo.
Posteriormente, ele rastreou a transferência de entropia — métrica de desordem ou dispersão de energia no sistema — entre as duas metades durante a travessia dos átomos. Em vez de depender do tempo do laboratório para sequenciar os eventos, ele estabeleceu um "tempo entrópico", um relógio definido exclusivamente pelo fluxo de entropia entre as duas metades do sistema: o tempo progredia quando havia troca de entropia e parava na ausência dela.
O aspecto mais notável para Barontini foi a coerência com que todos os elementos se alinharam. O tempo entrópico interno organizou os acontecimentos no setor brilhante de maneira previsível, espelhando a ordem observada no experimento. Este trabalho constitui uma validação prática de conceitos discutidos na cosmologia quântica e termodinâmica há décadas. Embora não seja uma declaração categórica de que o tempo é uma ilusão, representa a primeira vez que tais ideias são submetidas a um teste quantitativo e direto em laboratório.
