Como funciona a Teoria do Big Bang

Introdução sobre a Teoria do Big Bang

Por séculos, os seres humanos contemplaram as estrelas e imaginaram de que maneira o universo se tornou aquilo que é hoje. O assunto foi tema de debates religiosos, filosóficos e científicos. Entre as pessoas que tentaram revelar os mistérios do universo há famosos cientistas como Albert Einstein, Edwin Hubble e Stephen Hawking. Um dos mais famosos e aceitos modelos quanto ao desenvolvimento do universo é a Teoria do Big Bang. 

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Foi o astrônomo Fred Hoyle quem cunhou a expressão "big bang" 

Apesar de a teoria do Big Bang ser famosa, ela é também muito incompreendida. Um dos equívocos mais comuns sobre a teoria é a de que ela descreve a origem do universo. Isso não é 100% correto. A teoria é uma tentativa de explicar como o universo se desenvolveu de um estado minúsculo e muito denso para aquilo que é hoje.Ela não tenta explicar o que iniciou a criação do universo, o que existia antes do Big Bang ou até o que existe fora do universo.

Outro equívoco é afirmar que o big bang tenha sido uma espécie de explosão. A teoria descreve a expansão do universo. Embora algumas versões da teoria se refiram a uma expansão incrivelmente rápida (possivelmente mais rápida que a velocidade da luz), isso ainda assim não representaria uma explosão no sentido clássico do termo. 

A culpa é do nome A confusão quanto ao Big Bang se deve, em parte, ao nome que lhe foi atribuído - ele indica que teria havido uma explosão. O responsável por isso é Sir Fred Hoyle, um crítico da teoria, que usou o termo "big bang" como expressão de desdém por esse modelo. O comentário foi divulgado e o nome acabou se firmando.

Resumir a teoria do Big Bang é um desafio. Ela envolve conceitos que contradizem a maneira pela qual percebemos o mundo. Os estágios iniciais do Big Bang se concentram em um momento no qual todas as forças separadas do universo eram parte de uma força unificada. As leis da ciência começam a se dissolver, à medida que recuamos no tempo. Consequentemente chega-se a um estágio em que não se pode mais construir teorias científicas sobre o que está acontecendo porque a ciência mesma já não se aplica. 

Assim, como expressar a Teoria do Big Bang de forma sucinta? Descubra na próxima seção. 

O Big Bang em versão resumida

A teoria do Big Bang descreve o desenvolvimento do universo do momento imediatamente posterior ao seu surgimento até os dias de hoje. Trata-se de um dos diversos modelos científicos que tentam explicar por que o universo é da maneira que é. A teoria faz diversas previsões, muitas das quais puderam ser confirmadas por meio de observações. Como resultado, é a mais popular e aceita das teorias quanto ao desenvolvimento de nosso universo. 

O que é uma teoria Na ciência, uma teoria é uma tentativa de explicar um aspecto específico do universo. Teorias não podem ser provadas, mas podem ser negadas. Caso observações e testes sustentem uma teoria, ela se torna mais forte e mais cientistas tendem a acatá-la. Caso as provas contrariem uma teoria, os cientistas precisam descartá-la ou revisá-la à luz de novos indícios.

O mais importante conceito, quando se fala do Big Bang, é o de expansão. Muita gente concebe o Big Bang como o momento no qual toda a matéria e energia do universo estava concentrada em um ponto ínfimo. Então, esse ponto explodiu, disparando matéria pelo espaço, e o universo nasceu. Na verdade, o Big Bang explica a expansão do espaço em si, o que por sua vez significa que tudo que estava contido dentro desse espaço está se afastando de tudo mais. A ilustração abaixo deve ajudar a entender.

Embora muitas pessoas acreditem que a teoria do Big Bang se refere a uma explosão, ela na verdade trata da expansão do universo

Hoje, quando olhamos para o céu noturno, vemos galáxias separadas pelo que parecem ser amplas extensões de espaço vazio. Nos momentos iniciais do big bang, toda matéria, energia e espaço que poderíamos observar estavam comprimidos em uma área de volume zero e densidade infinita. Os cosmólogos chamam isto de singularidade.

Que cara tinha o universo no início do big bang? De acordo com a teoria, era extremamente denso e extremamente quente. Havia tanta energia no universo naqueles primeiros momentos que a matéria, tal qual conhecemos, não podia surgir. Mas o universo se expandiu rapidamente, o que significa que foi ficando menos denso e se resfriando. À medida que se expandia, a matéria começou a se formar e a radiação começou a perder energia. Em apenas alguns segundos, o universo se formou a partir de uma singularidade que se estendeu pelo espaço.

O resultado do big bang foi a formação das quatro forças básicas do universo:

• eletromagnetismo
• interação nuclear forte
• interação nuclear fraca
• gravidade

No começo do Big Bang, essas forças eram todas unificadas. Foi apenas pouco de seu início que elas se separaram para a  forma que hoje se apresentam. Mas o que ainda representa um mistério para os cientistas é saber de que maneira essas forças estiveram unidas. Muitos físicos e cosmólogos continuam trabalhando para desenvolver a Teoria da Grande Unificação, que explicaria como isso aconteceu e de que maneira essas forças se relacionam umas com as outras. 

Na próxima seção, estudaremos de onde veio a Teoria do Big Bang. 

De onde veio a teoria do Big Bang

A teoria do Big Bang é resultado de duas abordagens diferentes quanto ao estudo do universo: astronomia e cosmologia. Os astrônomos usam instrumentos para observar estrelas e outros corpos celestes. Os cosmólogos estudam as propriedades astrofísicas do universo.

No século 19, os astrônomos começaram a utilizar ferramentas conhecidas como espectroscópios (também conhecidos como espectrógrafos). O espectroscópio é um instrumento que divide a luz em um espectro dos comprimentos de onda que a compõem. Os espectroscópios monstraram que a luz de um material específico, como um tubo brilhante de hidrogênio, produzia sempre a mesma distribuição de comprimentos de onda, específicos daquele material. Tornou-se claro que, ao estudar a distribuição de comprimentos de onda em um espectrógrafo, era possível compreender que tipo de elemento servia como fonte de luz.

Enquanto isso, o físico austríaco Christian Doppler descobriu que a freqüência de uma onda sonora dependia da posição relativa da fonte de som. Quando um objeto ruidoso se aproxima do observador, as ondas de som que ele gera se comprimem. Isso muda a freqüência do som e a pessoa o ouve em tom diferente. Quando o objeto se afasta, as ondas de som se distendem e o som se torna mais grave. O fenômeno é conhecido comoefeito Doppler (em inglês).

Embora essa ilustração demonstre o efeito Doppler com ondas sonoras, as ondas de luz se comportam de maneira semelhante

A luz também se desloca em ondas e os astrônomos descobriram que algumas estrelas tinham, em seu espectro, mais luz na banda do vermelho do que seria de esperar. Eles deduziram que isso significava que essasestrelas estavam se afastando da Terra. À medida que as estrelas se afastam, os comprimentos de onda que emitem se distendem. Elas apresentam um desvio para a banda do vermelh no espectro porque essa extremidade do espectro apresenta comprimentos de onda maiores. Os cosmólogos definiram o fenômeno como desvio para o vermelho. O desvio para o vermelho de uma estrela é uma indicação da velocidade com que ela está se afastando da Terra. Quanto mais a luz se desviar para a extremidade vermelha do espectro, mais rápido a estrela estará se afastando. 

Nos anos 1920, um astrônomo chamado Edwin Hubble percebeu algo de interessante: a velocidade de uma galáxia parecia ser proporcional à sua distância da Terra. Em outras palavras, quanto mais distante uma galáxia estivesse da Terra, mais rápido ela pareceria estar se afastando de nós. A partir desses dados, outros cientistas puderam teorizar que o universo em si estivesse se expandindo.

A descoberta de Hubble gerou um longo debate, que ainda não foi decidido: qual exatamente é a relação entre a velocidade de um corpo celeste distante e sua distância do observador? Os cosmólogos definem essa relação comoconstante de Hubble, mas ninguém concorda quanto ao seu valor exato. Hubble teorizou que fosse de 464 quilômetros por segundo (km/s) pormegaparsec (Mpc). Um megaparsec é uma unidade de distância igual a mais de 3,08 x 10²² metros.

Hubble aparentemente superestimou esse número. Isso aconteceu porque, na época em que viveu, os instrumentos astronômicos não eram sensíveis o suficiente para medir com precisão a distância entre a Terra e corpos celestes. À medida que os instrumentos melhoravam, os cientistas refinavam a constante de Hubble, mas o debate sobre seu valor efetivo continua sem resolução. 

Observando o céu Várias equipes de cientistas se baseiam em corpos celestes diferentes para tentar determinar o verdadeiro valor da constante de Hubble. Algumas observam estrelas jovens conhecidas comovariáveis Cefeidas. Outras usam supernovas. O resultado é que as estimativas para a constante de Hubble variam de 53 km/s/Mpc a 80 km/s/Mpc [fonte: Cosmology Tutorial (em inglês)].

O que tudo isso tem a ver com a teoria do Big Bang? Continue lendo para descobrir. 

Mais sobre a história do Big Bang

Hubble teorizou que o universo se expande com o passar do tempo. Isso significa que, há bilhões de anos, o universo teria sido muito menor e mais denso. Para ele, se recuássemos o bastante, teríamos um colapso do universo para uma área com densidade infinita que conteria toda a matéria, energia, espaço e tempo do universo. De certa forma, a teoria do Big Bang surgiu como resultado de um processo de engenharia reversa.

Um dia desses... Os cientistas utilizam as observações de Hubble para estimar a idade do universo. As estimativas atuais, com base na constante de Hubble, sugerem que o universo tem 13,7 bilhões de anos, com uma margem de erro de 200 milhões de anos para mais ou para menos. Outros métodos de estimativa da idade dependem de se determinar as idades das estrelas e dos elementos. Esses métodos nos oferecem uma gama de possibilidades cujo limite superior é o de 15 bilhões de anos.

Algumas pessoas tinham objeções sérias a essa teoria. Entre elas estava o famoso físico Albert Einstein. Ele defendia a teoria de que o universo eraestático - que ele não muda, foi e será sempre o mesmo. Einstein esperava que sua teoria da relatividade geral propiciasse a ele uma compreensão mais profunda sobre a estrutura do universo. 

Cortesia STSci e NASA 
Imagens de antigas galáxias obtidas pelo Telescópio Hubble

Ao concluir a formulação de sua teoria, Einstein ficou surpreso ao descobrir que, de acordo com os seus cálculos, o universo teria que estar se expandindo ou se contraindo. Como isso conflitava com sua crença em um universo estático, ele saiu em busca de uma explicação plausível. Sua proposta era a de uma constante cosmológica - um número que, quando incluído em sua teoria geral da relatividade, serviria para eliminar a hipótese de expansão ou contração do universo.

Quando as constatações de Hubble lhe foram apresentadas, Einstein admitiu que estava errado. O universo parecia estar se expandindo e a própria teoria de Einstein sustentava essa conclusão. A teoria e as observações deram origem a algumas previsões, muitas das quais foram confirmadas por observações posteriores. 

Uma dessas previsões é a de que o universo seja a um só tempohomogêneo e isotrópico. Essencialmente, isso significa que o universo parece o mesmo não importa qual seja a perspectiva do observador. Em nível localizado, essa previsão parece falsa, afinal, nem todas as estrelas dispõem de um sistema solar dotado de planetas, como a nossa, e nem todas as galáxias parecem iguais. Mas em nível macroscópico, abarcando milhões de anos-luz, a distribuição de matéria no universo é estatisticamente homogênea. Isso significa que, mesmo que você estivesse na ponta oposta do universo, suas observações sobre a estrutura dele seriam semelhantes às obtidas aqui na Terra.

A homogeneidade astronômica Dizer que o universo é homogêneo e isotrópico é outra maneira de dizer que ele é o mesmo em todos os lugares e que suas propriedades são as mesmas em qualquer direção, ou seja, que não existe uma posição especial ou central no universo. Esse postulado é muitas vezes definido como princípio cosmológicoou princípio de Copérnico.

Outra previsão era a de que o universo teria sido intensamente quente nos estágios iniciais do Big Bang. A radiação desse período deve ter sido fenomenalmente alta, portanto deve haver traços remanescentes dela. Como o universo precisa ser homogêneo e isotrópico, as provas devem estar distribuídas equitativamente pelo universo. Os cientistas descobriram indícios dessa radiação nos anos 1940, ainda que na época não soubessem exatamente o que haviam encontrado. Só em 1960 duas equipes científicas diferentes descobriram o que hoje designamos como radiação cósmica de fundo em microondas (RCFM). A RCFM é formada por resquícios da intensa energia emitida pela bola de fogo primordial do Big Bang. No passado, ela era intensamente quente, mas agora se resfriou a gélidos 2,725 kelvins (-270,4 graus Celsius).

 

Cortesia NASA 
Imagem da radiação cósmica de fundo em microondas obtida pela Sondade Anisotropia de Microondas Wilkinson (WMAP)

Essas observações ajudaram a solidificar a Teoria do Big Bang como modelo predominante para a evolução do universo.

Mostraremos na próxima página o que os cientistas acreditam tenha acontecido durante o Big Bang.

O primeiro segundo

Devido às limitações das leis da ciência, não é possível definir o instante em que o universo surgiu. Em vez disso, pode-se observar o período imediatamente subseqüente à criação do universo. Atualmente, o momento mais antigo sobre o qual os cientistas é o ocorrido em t = 1 x 10^-43 segundos (onde "t" significa o tempo posterior à criação do universo). Em outras palavras, tome o número 1 e mova a casa decimal 43 lugares para a esquerda. 

Cortesia NASA
Imagem de uma galáxia distante obtida
pelo Telescópio Espacial Spitzer, da NASA 

A Universidade de Cambridge se refere ao estudo desses primeiros momentos como cosmologia quântica [fonte: Cambridge University (em inglês)]. Nos momentos iniciais do Big Bang, o universo era tão pequeno que a física clássica ainda não era aplicável. Em vez disso, a física quânticaestava em ação.

A física quântica lida com a física em escala subatômica. Boa parte do comportamento das partículas em escala quântica parece estranho porque elas parecem desafiar a compreensão que se tem de física clássica. Os cientistas esperam descobrir a conexão entre a física quântica e a clássica, o que oferecerá muito mais informações sobre a maneira como o universo funciona. 

Em t = 1 x 10^-43 segundos, o universo era incrivelmente pequeno, denso e quente. Essa área homogênea do universo abarcava uma região de apenas 1 x 10^-33 centímetros. Hoje, essa mesma quantidade de espaço se estende por bilhões de anos-luz. Os teóricos do big bang acreditam que, durante essa fase, matéria e energia eram inseparáveis. As quatro forças primárias do universo eram uma força unida. A temperatura desse universo era de 1 x 10³² graus Kelvin (1 x 10³² graus Celsius). Com a passagem de ínfimas frações de segundo, o universo se expandiu rapidamente. Os cosmólogos se referem a essa expansão do universo como inflação. O universo dobrou de tamanho diversas vezes em menos de um segundo [fonte: UCLA (em inglês)].

À medida que o universo se expandia, ele se resfriava. Por volta de t = 1 x 10^-35 segundos, matéria e energia se separaram. Os cosmólogos designam esse momento como bariogênese - matéria bariônica é a forma de matéria que podemos observar. Em contraste, não podemos observar a matéria escura, mas sabemos que ela existe devido à maneira pela qual afeta a energia e outras formas de matéria.

Na bariogênese, o universo se encheu de quantidades quase iguais de matéria e antimatéria. Havia mais matéria que antimatéria, de modo que, embora a maioria das partículas e antipartículas tenham se aniquilado mutuamente, algumas partículas sobreviveram. Mais tarde, essas partículas se combinariam para formar toda a matéria do universo. 

Um período de cosmologia de partículas se seguiu à era quântica. Esse período começa em t = 1 x 10^-11 segundos. Trata-se da fase que cientistas conseguem recriar em condições de laboratório por meio de aceleradores de partículas. Isso significa que dispomos de alguns dados observacionais sobre a provável configuração do universo naquele momento. A força unificada se dividiu em seus componentes. As forças do eletromagnetismo e da interação nuclear fraca se separaram. Os fótons eram mais numerosos que as partículas de matéria, mas o universo era denso demais para que aluz brilhasse em seu interior.

Em seguida veio o período da cosmologia padrão, iniciado 0,01 segundo depois do começo do big bang. Desse momento em diante, os cientistas acreditam que dominam razoavelmente bem a maneira pela qual o universo se desenvolveu. O universo continuou a se expandir e a se resfriar, e as partículas subatômicas formadas durante a bariogênese começaram a se combinar formando nêutrons e prótons. Quando o primeiro segundo passou, essas partículas já eram capazes de formar os núcleos de elementos leves como o hidrogênio (na forma do isótopo deutério), hélio e lítio, processo conhecido como nucleossíntese. Mas o universo continuava denso e quente demais para que os elétrons se unissem a esses núcleos e formassem átomos estáveis.

O primeiro segundo foi realmente movimentado. Na próxima página, descobriremos o que aconteceu nos 13 bilhões de anos seguintes. 

Os 13 bilhões de anos seguintes

Muito aconteceu no primeiro segundo do big bang. Mas esse foi apenas o começo da história. Depois de 100 segundos, a temperatura do universo se resfriou para cerca de 1 bilhão de graus Kelvin (um bilhão de graus Celsius). As partículas subatômicas continuaram a se combinar. Em termos de massa, a distribuição dos elementos era de cerca de 75% de núcleos de hidrogênio e 24% de núcleos de hélio (o 1% restante consistia em outros elementos leves, como o lítio).

A temperatura do universo continuava alta demais para que os elétrons se ligassem aos núcleos. Em vez disso, eles colidiam com outras partículas subatômicas conhecidas como pósitrons, criando mais fótons. Mas o universo ainda era denso demais para que a luz pudesse brilhar em seu interior.

O universo continuou a se expandir e a se refrigerar. Depois de cerca de 56 mil anos, ele havia se refrigerado a 9.000 graus Kelvin (8.726 graus Celsius). Naquele momento, a densidade da distribuição de matéria do universo se equiparava à densidade da radiação. Depois de mais 324 mil anos, o universo havia se expandido o suficiente para se refrigerar a 3.000 graus Kelvin (2.727 graus Celsius). Enfim, havia chegado o momento em que prótons e elétrons se tornaram capazes de se combinar para formar átomosneutros de hidrogênio.

Foi neste momento, 380 mil anos após o evento inicial, que o universo se tornou transparente. A luz podia brilhar através dele. A radiação que os humanos mais tarde identificariam como o a radiação cósmica de fundo em microondas ocupou o seu lugar. Quando estudamos a CMB hoje, podemos extrapolar uma visão do que o universo parecia naquele momento.

Pelos 100 milhões de anos seguintes aproximadamente, o universo continuou a se expandir e a se resfriar. Diversas pequenas flutuações gravitacionais fizeram com que partículas de matéria formassem aglomerados. A gravidade levou os gases do universo a se contrair em bolsões apertados. Com a contração, os gases se tornaram mais densos e mais quentes. Cerca de 100 a 200 milhões de anos depois da criação inicial do universo, estrelas se formaram a partir desses bolsões de gás. 

As estrelas começaram a se aglomerar para formar galáxias e, com o tempo, algumas se tornaram supernovas. Com a explosão das estrelas, matéria era ejetada no universo. Essa matéria incluía todos os elementos mais pesados que encontramos na natureza (todos os elementos, até o urânio). As galáxias, por sua vez, uniam-se em aglomerados. Nosso sistema solar se formou, cerca de 4,6 bilhões de anos atrás. 

Hoje, a temperatura do universo é de 2.725 graus Kelvin (-270 graus Celsius), ou seja, apenas dois graus acima do zero absoluto. A seção homogênea do universo sobre a qual podemos teorizar tem cerca de 1 x 10²⁹ centímetros de extensão. É uma área maior do que a que podemos observar fisicamente usando os mais avançados instrumentos astronômicos que existem. 

O zero absoluto é muito frio? Átomos e moléculas oscilam no interior da matéria. Mesmo objetos que parecem inertes, como rochas, são compostos de átomos em movimento. À medida que a matéria se resfria, os átomos se movem cada vez menos. Em determinada temperatura, eles atingem sua menor velocidade possível de movimento. Os cientistas definem essa temperatura como o zero absoluto - ou zero grau Kelvin, e menos 273 graus Celsius.

O que a Teoria do Big Bang nos diz sobre o universo? Descobriremos na próxima página.

O que o big bang nos diz

Alguns cosmólogos usam a Teoria do Big Bang para estimar a idade do universo, mas devido a diferentes técnicas de medição, nem todos concordam quanto a essa idade. Na verdade, a diferença entre as estimativas pode chegar a dois bilhões de anos!

Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images
O imã que serve como peça central do Large Hadron Collider ajudará os cientistas a recriar algumas das condições descritas na Teoria do Big Bang

A descoberta de que o universo está se expandindo conduziu a outra questão. Ele se expandirá para sempre? A expansão vai parar ou vai se reverter? De acordo com a teoria geral da relatividade, depende da quantidade de matéria que o universo contém.

Tudo se resume à gravidade, que é a força de atração entre partículas de matéria. A quantidade de força gravitacional que um corpo exerce sobre outro depende do tamanho dos dois objetos e da distância que os separa. Caso haja matéria suficiente no universo, a força da gravidade terminará por reduzir a expansão e fazer com que o universo se contraia. Os cosmólogos designam esse modelo como um universo fechado com curvatura positiva. Mas se não existe matéria suficiente para reverter a expansão, o universo se expandirá para sempre. Um universo como esse teria curvatura nula ou curvatura negativa. Para aprender mais sobre a curvatura do universo, leia "O espaço tem forma?".

Se vivemos em um universo fechado, chegará o momento em que o universo se contrairá e se fechará sobre si mesmo. Os cosmólogos designam esse fenômeno como big crunch. Alguns teorizam que o nosso universo é apenas o mais recente de uma série de universos gerados em um ciclo de contração e expansão do espaço.

De acordo com a Teoria do Big Bang, não existe centro no universo. Todos os pontos do universo são iguais, sem localização central. Isso é difícil de imaginar, mas é requerido para um universo que é ao mesmo tempo homogêneo e isotrópico. De nossa perspectiva, parece que tudo está se afastando da maneira sugerida pelo big bang. Uma teoria alternativa é a de que a Terra seja o centro do universo, o que explicaria por que tudo o mais está se afastando de nós. Os cosmólogos desconsideram essa teoria porque é altamente improvável que nós ocupemos o ponto central do universo. 

Existem também algumas grandes questões de que a Teoria do Big Bang não trata.

• O que aconteceu antes do big bang? De acordo com a nossa compreensão da ciência, não é possível saber. As leis da ciência se tornam inválidas à medida que nos aproximamos de t = 0 segundo. Como a teoria geral da relatividade nos informa que espaço e tempo estão ligados, o próprio tempo deixa de existir. Como a resposta a essa pergunta fica fora dos parâmetros que a ciência pode abranger, não há como formular hipóteses sobre ela. 

• O que existe além do universo? Uma vez mais, essa é uma questão que a ciência não pode responder. Isso se deve ao fato de que não podemos observar ou medir algo que esteja além das fronteiras do universo. O universo pode estar ou não se expandindo dentro de alguma outra estrutura, mas é impossível para nós determinar se isso procede. 

• Qual é a forma do universo? Há muitas teorias sobre a forma que o universo tem. Alguns acreditam que ele não tenha limite ou forma. Outros pensam que ele é delimitado. A Teoria do Big Bang não trata da questão especificamente. 

Nem todos acatam a Teoria do Big Bang. Por que alguns discordam da teoria, e quais são alguns dos modelos alternativos para o universo? Leia na próxima seção o que os céticos têm a dizer. 

Os problemas da Teoria do Big Bang

Eric Estrade/AFP/Getty Images
O satélite Planck recolhe dados que ajudam os cientistas a refinar teorias como a do big bang

Desde que os cientistas propuseram a Teoria do Big Bang, muita gente questiona e critica o modelo. A seguir você verá uma lista das críticas mais comuns à Teoria do Big Bang.

• Ela viola a primeira lei da termodinâmica, segundo a qual matéria e energia não podem ser criadas ou destruídas. Os críticos alegam que a Teoria do Big Bang sugere que o universo começou do nada. Os defensores da teoria dizem que essa crítica não se justifica por dois motivos. O primeiro é que o big bang não trata da criação do universo, mas sim de sua evolução. O segundo é que, já que as leis da ciência perdem a validade quando nos aproximamos do momento de criação do universo, não existe motivo para supor que a primeira lei da termodinâmica se aplicaria. 

• Alguns críticos dizem que a formação de estrelas e galáxias viola a lei da entropia, que sugere que os sistemas em mudança se tornam progressivamente menos organizados. Mas, se você considerar o universo primeiramente como completamente homogêneo e isotrópico, então o universo atual demonstra sinais de obediência à lei da entropia. 

• Alguns astrofísicos e cosmólogos argumentam que os cientistas interpretaram erroneamente dados como o desvio para o vermelho dos corpos celestes e a radiação cósmica de fundo. Alguns citam a ausência de corpos cósmicos exóticos que deveriam ter surgido com o big bang, como propõe a teoria. 

• O período inicial de inflação do big bang parece violar a norma de que nada pode viajar em velocidade superior à da luz. Os defensores da teoria têm diversas respostas diferentes a essa crítica. Uma é a de que, no começo do big bang, a teoria da relatividade ainda não se aplicava. Como resultado, viajar em velocidade superior à da luz não seria um problema. Outra resposta correlata é a de que o próprio espaço pode se expandir em velocidade superior à da luz porque ele não está sob o domínio da Teoria da Gravidade.

Existem diversos modelos alternativos para explicar o desenvolvimento do universo, ainda que nenhum deles tenha sido aceito de forma tão ampla quanto a Teoria do Big Bang. 

• O modelo do estado estacionário para o universo sugere que o universo sempre teve e sempre terá a mesma densidade. A teoria concilia as aparentes provas de que o universo está se expandindo pela sugestão de que o universo gera material em ritmo proporcional à sua taxa de expansão. 

• O modelo ecpirótico sugere que o universo é o resultado da colisão de dois mundos tridimensionais em uma quarta dimensão que está oculta. O modelo não está em conflito completo com a Teoria do Big Bang, já que, depois de algum tempo, ele se alinha aos eventos descritos pela Teoria do Big Bang. 

• A Teoria do Grande Salto sugere que nosso universo é um de uma série de universos que primeiro se expandem e depois se contraem. O ciclo se repete em intervalos de muitos bilhões de anos. 

• A cosmologia  de plasma tenta definir o universo em termos de suas propriedades eletrodinâmicas. O plasma é um gás ionizado, o que significa que é um gás com elétrons livres em movimento, capazes de conduzir eletricidade. 

Existem diversos outros modelos. Algumas dessas teorias (ou ainda outras, sobre as quais nem mesmo pensamos) poderão substituir a Teoria do Big Bang como modelo mais aceito para o universo, no futuro? É bastante possível. À medida que o tempo passa e nossa capacidade de estudar o universo evolui, poderemos criar modelos mais precisos sobre como o universo se desenvolveu. 

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