O carro do ovo e a origem do universo

Como o carro do ovo explica a origem do universo

Você provavelmente já deve ter escutado sobre a teoria do big-bang, que além de ser o nome inspirador de uma das melhores séries já criadas, é uma teoria elaborada por físicos que explica a origem do universo a partir de um um ponto super-quente e denso que sofreu uma grande expansão e originou o universo como nós conhecemos hoje. 

Mas como os cientistas chegaram a essa conclusão? 

Para entender o Big-Bang, podemos usar o brasileiríssimo carro do ovo como exemplo. E sim, estamos falando sério!

Se você já teve a oportunidade de escutar o famoso “🎵olha o carro do ovo passando na sua rua 🎵”, você deve ter percebido uma diferença entre o som do carro quando ele se aproxima e quando ele está se afastando: em termos “musicais”, uma pessoa percebe um som mais agudo quando o carro se aproxima, mas mais grave quando ele se afasta. 

Esse efeito é facilmente percebido com sirenes de ambulâncias e carros de polícia os quais você já deve ter notado uma variação no som quando eles se aproximam ou se distanciam. 

Mas por que isso acontece? Por causa de um fenômeno chamado Efeito Doppler que apesar de ser geralmente enunciado com sua fórmula matemática, pode ser entendido de maneira qualitativa como veremos a seguir. 

Vamos começar entendendo como o som se propaga e para isso uma analogia clássica é bastante útil. Se você já atirou uma pedra em um lago ou em uma poça d'água, você provavelmente notou que a partir do ponto onde a pedra cai, alguns círculos se formam a partir desse ponto, se propagando pela água até uma certa distância de tal modo que se algum objeto estiver flutuando ao redor, você vai ver esse objeto subir e descer como consequência.

Esse fenômeno bastante simples, é muito curioso: a pedra cai, movimenta a água gerando ondas, e essas ondas movimentam um objeto inicialmente em repouso, sem que o objeto ou a pedra toquem-se. 

Bem, o mais curioso disso tudo, é que o som se comporta de modo análogo, mas ao invés de uma pedra disturbando a água, temos um alto-falante que excita o ar de maneira análoga, causando ondas sonoras que causam um movimento no interior dos nossos ouvidos que fomos adaptados a perceber como som. 

O gif abaixo ilustra esse fenômeno, onde um alto falante é colocado ao centro e os círculos que se formam ao redor podem ser interpretados como ondas sonoras. 

E é claro que o auto falante pode disturbar o som mais rápido ou mais devagar, do mesmo modo que podemos criar mais ondas na água jogando pedras mais rapidamente em um mesmo ponto. 

Assim, quando o alto falante disturba o som mais rapidamente, o nosso ouvido “recebe” mais dessas ondas sonoras o que o nosso cérebro interpreta como um som mais agudo, e quando o alto falante disturba o som de um modo mais devagar ouvimos um som que é interpretado com mais grave. 

E é aí que entra o efeito Doppler: quando o alto falante é projetado ele é feito de tal modo a ter uma certa “velocidade” de excitação do ar, então quando a sirene não se move em relação ao ouvido de uma pessoa, o som seria sempre o mesmo. 

Acontece que quando o som, ou melhor a fonte sonora, se move em direção a uma pessoa, o alto falante continua a emitir o som na mesma “velocidade” mas o movimento do veículo faz com que a pessoa tenha a sensação de que as ondas estão chegando ao seu ouvido com uma maior frequência.

O oposto ocorre quando o veículo com a sirene se afasta da pessoa, onde o movimento do veículo faz com que a pessoa tenha a sensação de que as ondas estão chegando ao seu ouvido com uma frequência menor. 

E se uma imagem vale mais do que mil palavras, o gif abaixo vale duas mil, que representa uma fonte sonora se movendo da esquerda para a direita

No gif, é possível ver que uma pessoa à direita da caixa de som vai ter a sensação de que a frequência é maior do que ela é realmente, enquanto uma pessoa à esquerda, terá a impressão oposta, de que o som está chegando com uma frequência menor. 

E essa diferença entre a frequência da onda emitida pela sirene e a sentida por uma pessoa é um dos exemplos do efeito Doppler. Você pode escutar a explicação do Sheldon Cooper aqui se você preferir.

Muito bem, agora que a gente sabe tudo isso, onde entra a expansão do universo e o big-bang nessa história toda? Bem, vamos-la.

Cerca de 100 anos atrás, nos anos 20, astrônomos começaram a apontar os seus telescópios para certas estrelas para ver que tipo de luz elas emitem. E por que isso é importante? Porque a luz também se comporta como onda, mas suas variações de frequência são percebidas não pelos nossos ouvidos, mas pelo nossos olhos como uma diferença de cor. Assim, os astrônomos podem pegar essa luz e usar a capa do “The Dark Side of the Moon” do Pink Floyd (mais conhecido como prisma) para ver em que cores essa luz se decompõe. 

A luz “normal” sempre se decompõe em cores específicas, e quando a luz decomposta de uma estrela é comparada a essa luz “normal”, os cientistas podem ver quais cores estão “faltando”.

Cientistas passaram tempo o suficiente no laboratório para descobrir que cada elemento químico absorve cores específicas que, como são absorvidas, não chegam aos nossos “olhos”. Assim, os cientistas sabem a composição química de cada estrela através das cores que faltam na decomposição da luz que é emitida delas. 

Até aí, tudo bem. Acontece que os cientistas analisaram estrelas da nossa galáxia, anotaram suas cores em seus cadernos, a composição química resultante delas e partiram para estrelas de outras galáxias.

E daí se surpreenderam quando perceberam que as estrelas das outras galáxias eram muito parecidas com as estrelas da nossa galáxia com uma pequena mas importante diferença: cada uma das cores decompostas dessas estrelas de outras galáxias eram um pouco mais avermelhadas que as estrelas da nossa galáxia. E mais que isso, o mesmo fenômeno acontece independentemente da direção que você olha para as estrelas daqui da terra. 

Tudo bem, mas e daí? Acontece que o vermelho é uma cor com uma frequência mais baixa que outras estrelas. E por essa razão os cientistas chegaram à seguinte conclusão: essas estrelas não são mais vermelhas que as nossas, elas apenas aparecem mais vermelhas que as nossas. Por que eles estão se afastando de nós. 

Desse modo, do mesmo modo que nós ouvimos um som mais grave quando uma sirene está se afastando da gente, uma fonte de luz muito, muito, muito mas muito distante é vista mais avermelhada. E foi dessa observação que os cientistas notaram que o universo está se expandindo. 

E daí também que surge uma teoria revolucionária: bem, se o universo está se expandindo, quer dizer que hoje os pontos quaisquer dele estão mais distantes entre si hoje do que estiveram ontem. E mais ainda, voltando um número finito de anos, eles estavam ocupando um ponto super quente e denso que em determinado momento começou a expandir, e nesse momento acontece o big-bang, ou seja, uma grande expansão.

E daí surge o universo, o resto é história… 

Sugestão de leitura.

Uma breve história do tempo, Stephen Hawking

Se você se interessou pelo tema da newsletter de hoje, seguramente irá gostar desse livro de uma das mentes mais geniais mentes do nosso tempo. Em uma breve história do tempo, Stephen Hawking fala sobre a origem do universo e do tempo, enquanto usa temas do cotidiano para explicar alguns dos tópicos mais complexos da humanidade.

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