Antes, preciso dizer que tamanho (espaço) e idade (tempo) são coisas diferentes medidas em unidades diferentes. No entanto, certamente você caiu aqui nessa matéria por pensar: se o universo tem 13,8 bilhões de anos e a velocidade da luz é constante, como é possível que o universo observável tenha um raio de 46,5 bilhões de anos-luz?
O universo observável é determinado pela distância que a luz percorreu desde o Big Bang, há aproximadamente 13,8 bilhões de anos. Em tese, isto sugeriria um raio de 13,8 bilhões de anos-luz. No entanto, o universo observável tem cerca de 46,5 bilhões de anos-luz de raio. Essa discrepância surge da expansão do universo.
A expansão cósmica do universo
O universo está se expandindo desde o Big Bang. Esta expansão não é apenas o movimento das galáxias através do espaço, mas o estiramento do próprio espaço. Como resultado, a luz de galáxias distantes tem de percorrer distâncias cada vez maiores para chegar até nós. Mesmo que a luz viaje em nossa direção, o espaço por onde ela se move está se expandindo, aumentando efetivamente a distância que precisa percorrer — a maior evidência deste fenômeno está na existência da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Além disso, imediatamente após o Big Bang, o universo passou por um breve período de expansão muito rápida conhecido como inflação cósmica. Este período inflacionário estendeu-se muito além do horizonte visível, tornando muitas das galáxias do universo permanentemente invisíveis para nós. Os efeitos posteriores desta rápida expansão significam que o universo observável inclui regiões do espaço que estão muito mais distantes do que o simples cálculo da idade e da velocidade da luz sugeriria.
Expansão métrica
É importante notar que esta expansão não implica que algo esteja se movendo mais rápido que a velocidade da luz. A expansão do universo é uma mudança na métrica do espaço, não um movimento através do espaço.
O conceito de expansão métrica é crucial aqui. Não é apenas que os objetos estão se afastando uns dos outros, mas a métrica que define a distância no universo está mudando. A própria estrutura do espaço está se esticando, o que permite que as distâncias se tornem maiores do que o tempo de viagem da luz implicaria. A expansão métrica do universo é um conceito fundamental na cosmologia que explica como o universo evoluiu e cresceu desde o seu início no Big Bang.
Uma das primeiras e mais significativas observações que apoiam a expansão métrica foi feita por Edwin Hubble, que descobriu em 1929 que galáxias distantes se afastam de nós a velocidades proporcionais à sua distância. Isto está encapsulado na Lei de Hubble-Lemaître, que afirma que a velocidade radial de uma galáxia é diretamente proporcional à sua distância de nós. Essa relação é consequência direta da expansão métrica: objetos mais distantes estão se afastando mais rapidamente.
Na relatividade geral, o tensor métrico descreve a geometria do espaço-tempo. Esta geometria não é estática, ela muda com o tempo. A expansão métrica do universo refere-se a mudanças neste tensor métrico, resultando na separação crescente de partes do universo.
“Mas o Big Bang é só uma teoria”
Vale lembrar que a expansão do universo não é “só uma teoria”, é um fato comprovado pela observação do desvio para o vermelho de objetos distantes, como quasares. Milhares de observações e medidas realizadas ao longo de décadas, leis já comprovadas como a lei de Hubble (acima), assim como uma série de teoremas matemáticos da cosmologia, como a métrica de Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker e o tensor de curvatura de Riemann, nos dão modelagens de como o Big Bang e a expansão do universo ocorreu — e ainda ocorre.
Lembre-se que uma teoria científica é composta por uma série de evidências e postulados que explicam determinados fenômenos físicos.
Mas, é claro, ainda há muito o que ser descoberto! O problema da matéria escura e da energia escura são apenas dois dos maiores problemas em aberto da Física que interferem diretamente nas teorias cosmológicas atuais.
