O Universo em Expansão: O Que Significa Realmente "Criar Espaço"?

O Paradoxo da Criação de Espaço

Em 1929, Edwin Hubble forneceu a primeira evidência observacional da expansão do Universo ao estabelecer a relação entre a distância das galáxias e sua velocidade de recessão. Esta relação, conhecida como lei de Hubble, é expressa pela fórmula v = H₀ × d, onde v é a velocidade de recessão, d é a distância e H₀ é a constante de Hubble.

Em 1998, duas equipes independentes estudando supernovas do tipo Ia fizeram uma descoberta revolucionária: a expansão do Universo não está desacelerando como esperado, mas acelerando. Esta observação, premiada com o Nobel de Física em 2011, implica a existência de uma energia repulsiva, chamada "energia escura", que constitui cerca de 68% do conteúdo energético do Universo.

O Universo em expansão "cria espaço"?

O conceito de "criação de espaço" no Universo em expansão é sutil e muitas vezes mal interpretado. Não se trata do surgimento de novo espaço a partir do "nada" no sentido filosófico, mas do aumento da distância própria entre pontos comóveis do espaço-tempo.

N.B.: Os pontos comóveis referem-se a coordenadas fixas no Universo em expansão. Uma galáxia distante mantém sua posição comóvel, mesmo que a distância que nos separa dela aumente com o fator de escala. Em outras palavras, ela não "se move" localmente, mas segue a expansão da métrica cósmica.

Se não é espaço, o que está sendo "criado"?

Quando dizemos que o Universo "cria espaço", não devemos imaginar uma fabricação de vazio, como se o Universo produzisse algum tipo de matéria invisível. Na realidade, o que evolui é a geometria do Universo, ou seja, a maneira como as distâncias são medidas entre dois pontos.

A "expansão" diz respeito à maneira como as distâncias são medidas

Na linguagem dos físicos, a própria estrutura do espaço-tempo é dinâmica: as coordenadas das galáxias distantes permanecem fixas (diz-se que são comóveis), mas a "régua" usada para medir as distâncias muda com o tempo. Portanto, não é um "tecido" material que está se esticando, mas a métrica que evolui.

Em outras palavras, o Universo não adiciona volume como se enchesse um balão com ar; ele recalcula constantemente o que significa estar separado por um milhão de anos-luz. O que é "criado" não é vazio nem uma substância misteriosa, mas um aumento relativo das distâncias entre objetos cósmicos distantes.

Um conceito matemático mais do que uma criação física de espaço

Dizer que o Universo "cria espaço" é uma maneira figurada de traduzir uma realidade matemática. Em cosmologia, não manipulamos um tecido material, mas uma métrica, ou seja, uma fórmula que indica como calcular as distâncias entre dois pontos do Universo. Quando a expansão acelerada está em jogo, é essa métrica que muda com o tempo.

Assim, não é o "espaço" como substância que está se multiplicando, mas a relação geométrica entre os pontos que está se transformando. A métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) fornece o quadro: ela mostra que o fator de escala aumenta, o que equivale a dizer que duas galáxias comóveis veem sua distância crescer mesmo que não se movam localmente.

Esse vocabulário é útil para a divulgação, mas é importante lembrar que é um atalho: o que realmente descrevemos é uma evolução dinâmica das equações geométricas da relatividade geral: \( G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8 \pi G}{c^4} T_{\mu\nu} \)

Galáxias que "se afastam"?

Em muitas ilustrações, vemos galáxias sendo desenhadas cada vez mais distantes, como se estivessem realmente se movendo através de um espaço já existente. Mas no contexto da relatividade geral, não é assim que a expansão deve ser entendida. Galáxias distantes não "viajam" pelo cosmos; mantêm sua posição na grade comóvel, enquanto é essa grade — a métrica em si — que é medida de forma diferente com o tempo. Em outras palavras, é a métrica em si que muda de escala com o tempo. Não é uma substância que está se deformando, mas as regras de medição (distâncias, intervalos) que estão se esticando.

N.B.: Galáxias muito distantes que se afastam a velocidades ditas "superiores à da luz" não violam a relatividade restrita, porque não correspondem a um movimento local, mas à evolução da geometria em si.