Espaço

Onde fica o centro do Universo?

Rob Coyne - The Conversation - 11/06/2025

Não é fácil entender a expansão do Universo - mas também não é impossível.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech/Susan Stolovy (SSC/Caltech) et al.]

Tudo começou com Einstein

Há cerca de um século, os cientistas lutavam para conciliar o que parecia uma contradição na teoria da relatividade geral de Albert Einstein.

Publicada em 1915 e já amplamente aceita mundialmente por físicos e matemáticos, a teoria pressupunha que o Universo era estático - imutável, imóvel e inalterável. Em suma, Einstein acreditava que o tamanho e a forma do Universo atual eram, mais ou menos, os mesmos de sempre.

Mas quando os astrônomos observavam galáxias distantes no céu noturno com telescópios potentes, viam indícios de que o Universo era tudo menos isso. Essas novas observações sugeriam o oposto - que ele estava, em vez disso, em expansão.

Os cientistas logo perceberam que a teoria de Einstein não dizia, de fato, que o Universo tinha que ser estático; a teoria também poderia sustentar um Universo em expansão. De fato, usando as mesmas ferramentas matemáticas fornecidas pela teoria de Einstein, os cientistas criaram novos modelos que mostraram que o Universo era, de fato, dinâmico e em evolução.

Eu tenho gasto décadas tentando entender a relatividade geral, inclusive no meu trabalho atual como professor de física, ministrando cursos sobre o assunto. Sei que compreender a ideia de um Universo em constante expansão pode parecer assustador - e parte do desafio consiste em anular sua intuição natural sobre como as coisas funcionam. Por exemplo, é difícil imaginar algo tão grande quanto o Universo sem um centro, mas a física diz que essa é a realidade.

Onde fica o centro do Universo? Ele não tem um.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

O espaço entre as galáxias

Primeiro, vamos definir o que significa "expansão". Na Terra, "expandir" significa que algo está ficando maior. E, em relação ao Universo, isso é verdade, mais ou menos. Expansão também pode significar "tudo está se afastando de nós", o que também é verdade em relação ao Universo. Aponte um telescópio para galáxias distantes e todas elas parecem estar se afastando de nós.

Além disso, quanto mais distantes elas estão, mais rápido parecem estar se movendo. Essas galáxias também parecem estar se afastando umas das outras. Portanto, é mais preciso dizer que tudo no Universo está se afastando de todo o resto, tudo ao mesmo tempo.

Essa ideia é sutil, mas crucial. É fácil pensar na criação do Universo como fogos de artifício explodindo: Começa com um Big Bang, e então todas as galáxias do Universo se espalham em todas as direções a partir de um ponto central.

Mas essa analogia não está correta. Ela não apenas implica falsamente que a expansão do Universo começou em um único ponto, o que não aconteceu, como também sugere que as galáxias são as coisas que estão se movendo, o que não é totalmente preciso.

Não são tanto as galáxias que estão se afastando umas das outras - é o espaço entre as galáxias, a própria estrutura do Universo, que está em constante expansão com o passar do tempo. Em outras palavras, não são realmente as galáxias em si que estão se movendo pelo Universo; é mais como se o próprio Universo as estivesse levando para mais longe à medida que se expande.

Uma analogia comum é imaginar colar alguns pontos na superfície de um balão. Conforme você sopra ar no balão, ele se expande. Como os pontos estão presos na superfície do balão, eles se afastam. Embora pareçam se mover, na verdade eles permanecem exatamente onde você os coloca, e a distância entre eles aumenta simplesmente em virtude da expansão do balão.

Agora pense nos pontos como galáxias e no balão como a estrutura do Universo, e você começa a entender a ideia.

Infelizmente, embora essa analogia seja um bom começo, ela também não captura os detalhes corretamente.

O Universo tem um Norte e um Sul?
[Imagem: Konstantinos Migkas et al. - 10.1051/0004-6361/201936602]

A 4^a dimensão

Algo que é importante para qualquer analogia é a compreensão de suas limitações. Algumas falhas são óbvias: Um balão é pequeno o suficiente para caber na sua mão - o Universo, não. Outra falha é mais sutil. O balão tem duas partes: Sua superfície de látex e seu interior cheio de ar.

Essas duas partes do balão são descritas de modo diferente na linguagem da matemática. A superfície do balão é bidimensional. Se você estivesse andando sobre ele, poderia se mover para frente, para trás, para a esquerda ou para a direita, mas não poderia se mover para cima ou para baixo sem sair da superfície.

Agora pode parecer que estamos nomeando quatro direções aqui - para frente, para trás, para a esquerda e para a direita -, mas esses são apenas movimentos ao longo de dois caminhos básicos: De um lado para o outro e da frente para trás. É isso que torna a superfície bidimensional - comprimento e largura.

O interior do balão, por outro lado, é tridimensional, então você seria capaz de se mover livremente em qualquer direção, incluindo para cima ou para baixo - comprimento, largura e altura.

É aqui que reside a confusão. O que consideramos o "centro" do balão é um ponto em algum lugar em seu interior, no espaço cheio de ar abaixo da superfície.

Mas, nessa analogia, o Universo se parece mais com a superfície de látex do balão. O interior cheio de ar do balão não tem equivalente em nosso Universo, então não podemos usar essa parte da analogia - apenas a superfície importa [É por isso que a teoria diz que o Universo é plano].

Portanto, perguntar "Onde fica o centro do Universo?" é como perguntar "Onde fica o centro da superfície do balão?". Simplesmente não existe um. Você poderia viajar pela superfície do balão em qualquer direção, pelo tempo que quisesse, e nunca chegaria a um lugar que pudesse chamar de centro, porque nunca sairia da superfície.

Da mesma forma, você poderia viajar em qualquer direção no Universo e nunca encontraria seu centro porque, assim como a superfície do balão, ele simplesmente não tem um.

Não sabemos se o Universo é plano ou esférico.
[Imagem: Chris Fassnacht/UC Davis]

Fora da intuição

Parte da razão pela qual isso pode ser tão desafiador de compreender é a maneira como o Universo é descrito na linguagem da matemática. A superfície do balão tem duas dimensões e o interior do balão tem três, mas o Universo existe em quatro dimensões. Porque não se trata apenas de como as coisas se movem no espaço, mas de como se movem no tempo.

Nossos cérebros são programados para pensar sobre espaço e tempo separadamente. Mas, no Universo, eles estão entrelaçados em um único tecido, chamado "espaço-tempo". Essa unificação muda a maneira como o Universo funciona em relação ao que nossa intuição espera.

E essa explicação nem começa a responder à pergunta de como algo pode estar se expandindo indefinidamente - os cientistas ainda estão tentando descobrir o que impulsiona essa expansão.

Assim, ao perguntar sobre o centro do Universo, estamos confrontando os limites da nossa intuição. A resposta que encontramos - tudo, expandindo-se por toda parte, ao mesmo tempo - é um vislumbre de quão estranho e belo é o nosso Universo.

Rob Coyne, autor deste artigo, é professor de física na Universidade Rhode Island.

Este artigo foi republicado da revista The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.