Modelo Small Bang - Criando um universo a partir do nada

Olá pessoal do fórum Física 2100,  

Meu nome é Policarpo Yoshin Ulianov e fui convidado pelo Jonas Negreiros para falar um pouco aqui sobre minhas teorias de física.
Eu desenvolvi uma nova teoria chamada UT - Ulianov Theory, que é composta de quatro partes principais:
1 - Um modelo de espaço tempo digital chamado USN - Ulianov Sphere Network;
2 - Uma teoria de cordas chamada UST - Ulianov String Theory;
3 - Um modelo cosmológico chamado Small Bang Model;
4 - Um modelo atômico chamado UAT - Ulianov Atomic Model

Fiz uma apresentação completa da onde vieram minhas teorias na seguinte postagem:

Conversa Geral / Ulianov Theory - Policarpo Yoshin Ulianov

O Big Bang

As origens do universo sempre fascinaram os cientistas, com a Teoria do Big Bang (TBB) predominando sozinha nas discussões cosmológicas pelos últimos 70 anos.
A TBB foi fundamentada nas observações de Hubble, e postula que o universo se originou de um ponto singular (singularidade inicial), extremamente denso e quente, que vem se expandindo ao longo do tempo.
Ela explica a formação inicial de hidrogênio e hélio e afirma a existência da radiação cósmica de fundo em micro-ondas como remanescente do estado inicial quente e denso.
Apesar de seu sucesso em elucidar muitos fenômenos cósmicos, a Teoria do Big Bang apresenta deficiências e certas anomalias observacionais permanecem sem solução:
1 - Para onde foi a antimatéria?
2 - Como foram formadas as Galaxias e porque as mesmas tem formato do discos espirais?
3 - Como foram formados os buracos negros supermassivos (SMBH – Super Massive Black Hole) e porque as Galáxias tem um SMBH no seu centro?
4 - Toda as galáxias tem SMBH ou algumas não possuem isto?
5 - O que é a matéria escura e qual sua origem?
6 - O que é a energia escura e qual a sua origem?
7 - Por que o universo é tão uniforme em todas as direções?
8 - De onde surgiu a singularidade inicial definida no tempo zero?
9 - Como é possível existir a singularidade inicial que é um ponto de temperatura infinita e densidade de energia infinita?
10 - O que existia no universo  antes do Big Bang?

O Small Bang

Neste contexto o Modelo do Small Bang  (MSB) definido dentro da Ulianov Theory , apresenta uma alternativa intrigante a TBB , baseada no princípio da "Gênese do Universo Shunyata" (ou "Gênese do Universo Vazio"), que propõe que o universo emerge do "nada", um estado de massa e energia zero. O MSB elucida a gênese da matéria através de buracos negros de antimatéria, oferecendo um mecanismo único para a criação do universo e também é possível que o MSB explique a origem da matéria escura. Desta forma as 10 questões acima que a TBB não responde são todas respondidas pelo MSB.

Cabe observar que são dois modelos opostos, assim se o MSB for correto, ele derruba o TBB e se a TTB for correto ele invalida o MSB.

Entretanto nos 13,8 bilhões de anos de duração do universo o Small Bang e o Big Bang diferem basicamente em um período de tempo inicial do universo que tem apenas dois milissegundos de duração que é o tempo no qual ocorreu a inflação cósmica do universo.

A Inflação Cósmica

A Teoria da Inflação Cósmica (TIC), proposta em 1979 pelo físico Alan Guth, é o segundo pilar fundamental para o Modelo do Small Bang (o primeiro pilar é o no princípio da "Gênese do Universo Shunyata").

O Dr. Guth propôs a Teoria da Inflação Cósmica para resolver o problema da uniformidade do universo (questão 7 listada acima) que a TBB sozinha não resolve, sugerindo um período de expansão exponencial logo após o início do universo. Essa rápida expansão, impulsionada por um hipotético campo inflacionário denominado campo de Inflaton, visa explicar a uniformidade observada da radiação cósmica de fundo em micro-ondas e a estrutura em grande escala do cosmos.

De acordo com a TIC, o universo se expandiu de uma escala microscópica para uma macroscópica em uma fração de segundo, preparando o terreno para a formação de galáxias, estrelas e planetas.

Até hoje, no âmbito do TBB, o conceito central da TIC é amplamente aceito. No entanto, faltam dados experimentais concretos sobre a inflação cósmica que permitam, por exemplo, o cálculo preciso de sua ocorrência e o detalhamento de seus principais parâmetros. Este inclusive é o motivo por que o Dr. Alan Guth ainda não ganhou um prêmio Nobel de Física, sendo que estão esperando apenas que algum experimento físico (por exemplo a analise da radiação CMB – Cosmic Microwave Background) permita calcular melhor os parâmetros da inflação cósmica e características do campo Inflaton).

Essa lacuna está sendo preenchida agora pelo Modelo do Small Bang, pois como a inflação cósmica sustenta o MSB, ele oferece um relato abrangente dos eventos no início do universo, baseado no campo de inflaton. Essa abordagem não apenas estabelece uma base teórica para compreender a origem do nosso universo, mas também fornece evidências para a existência do inflaton e permite o cálculo detalhado de suas características, incluindo sua duração.

Comparação entre o Big Bang e o Small Bang

A figura a seguir mostra a densidade de energia na Teoria do Big Bang e no modelo do Small Bang.
Podemos observar neste gráfico que para um tempo zero, a densidade de energia e a temperatura no modelo Small Bang é igual a zero e que no Big Bang, a temperatura e densidade de energia, no tempo zero, tende a um valor infinito. Depois da inflação cósmica MSB e considera que foi criada toda a matéria e a energia que existe no universo até hoje e então, desta forma, os dois modelos passam a convergir, o que pode ser observado nas curvas dessa figura.



Na próxima postagem vou apresentar mais detalhes sobre o Modelo Small Bang

Ok, Policarpo!
Poderia explicar melhor a figura de comparação entre o Big Bang e o Small Bang?

Caro Jonas,

Esta curva eu aproveitei um de um artigo inglês e está um pouco poluída com textos.
Veja agora apenas as duas curvas:



Esse é um gráfico que mostra a densidade de energia em relação ao tempo.
Densidade de energia, significa uma quantidade de fixa energia (incluindo energia que existe na matéria) de que existe no universo, dividida pelo volume do universo.

Isso também é proporcional à temperatura, ou seja, uma alta densidade de energia representa um espaço com ata temperatura e baixa densidade de energia indica um espaço com baixa temperatura.

Para um tempo zero (onde o universo se inicia) podemos ver claramente a diferença entre o Small Bang e o  Big Bang:

• No MSB não existe nenhuma matéria, nenhuma energia no início do universo, e um Universo Vazio, o  Universo Shunyata do Budistas... Então no Small Bang a densidade de energia e a temperatura são iguais a zero no início do universo e continua assim até o começo da inflação cósmica.

• No Big Bang, por sua vez, toda a energia (incluindo a energia que depois vai criar a matéria) já existe no primeiro instante do universo em um volume muito pequeno criando uma singularidade onde a densidade de energia tende ao infinito e a temperatura também entende ou infinito e por isto este ponto não aparece no gráfico.

Então no Big Bang com o passar do tempo a energia é contante mas o tamanho do universo aumenta de forma exponencial devido a inflação cósmica e assim a densidade tambem cai de forma exponencial.

No Modelo Small Bang energia inicial no universo é igual a zero e permanece assim até o inicio da inflação cósmica, onde existem 2 processos básicos que criam matéria e energia:
1 – No espaço vazio existem flutuações quânticas que geram partículas virtuais de matéria e antimatéria e tambem fótons e antifótons e micro buracos negros de matéria e antimatéria. A expansão acelerada do espaço transforma as partículas virtuais (que tem energia total nula) em partículas reais que possuem energia ou massa.
2 – Micro buracos negros de antimateria são “esticados” pelo campo inflaton e desta forma eles crescem “comendo” antimatéria do espaço vazio (antiprótons e pósitrons) e expelem matéria (prótons e elétrons) como resíduo de seu processo de “alimentação”.

Estes dois processos crescem de forma exponencial com a expansão do universo e desta forma mesmo com o volume do universo crescendo (o que reduz o valor da densidade) a quantidade de energia/matéria aumenta mais rapidamente e assim a densidade total de energia do universo aumenta até o final da inflação cósmica. Com o fim da inflação cósmica os micro buraco negros se transformaram em buracos negros super massivos (SMBH – Super Massive Black Holes) cercados por nuvens de matéria em espiral que eles expeliram no seu processo de crescimento. Alem disso a quebra de partículas virtuais é interrompida e desta forma a quantidade total de matéria/energia se torna constante e igual a quantidade de matéria e energia que existe hoje no universo, que é a mesma quantidade de energia no inicio do Big Bang.

Desta forma no final da inflação cósmica o modelo Small Bang apresenta:
1 - Tamanho do universo igual ao tamanho considerado no Big Bang
2 - Quantidade de energia (incluindo energia contida na matéria) igual a quantidade de energia no Big Bang.
Desta forma no final da inflação cósmica a densidade de energia no Small Bang é igual a densidade de energia no Big Bang.
Cabe observar que ainda existem diferenças no fim da inflação cósmica (tempo igual a 2 milissegundos):
A - No Small Bang a maior parte da energia já se encontra na forma de matéria e assim a temperatura do espaço é baixa. Os SMBH já estão cercados por nuvens espirais de hidrogênio com centenas de anos luz de diâmetro.
B – No Big Bang existe apenas energia formando um plasma que ainda deve ser convertido em matéria e, portanto a temperatura ainda é muito elevada. Desta forma as nuvens de hidrogênio vão se formar apenas 380 mil anos após o Big Bang. Cabe observar que neste caso a conversão de energia em matéria tambem gera antimatéria mas o Big Bang não explica onde esta matéria foi parar.
A imagem a seguir mostra como um par virtual próton-antipróton é quebrado pela inflação cósmica e gera um próton e um antipróton reais.

Este mesmo processo ocorre com pares virtuais de elétron-positon  , fóton-antifóton  e micro buracos negos de matéria/antimatéria.

A figura a seguir mostra um micro buraco negro de antimatéria sendo esticado e produzindo 3 jatos de matéria que são jogados em uma trajetória espiral.

Observe aqui que o micro buraco negro gira e funciona como se fosse uma serra circular  cortando um buraco na superfície de um lago congelado.
A geração de jatos de matéria ocorre apenas na linha do equador do horizonte de evento do buraco negro em rotação, onde são separadas partículas virtuais (prótons/antiprótons e elétrons/pósitrons) sendo que o BH consume a antimatéria (antiprótons e pósitrons) expelindo a matéria (prótons e elétrons) em alta velocidade como uma forma de resíduo. Note que esse tipo de quebra pode acontecer também no polo do micro buraco negro, mas nesse caso, o próton ou elétron é emitido em baixa velocidade e cai de novo dentro do buraco negro, então seu efeito é nulo. Assim, somente na linha do equador do buraco negro vão existir jatos de matéria sendo criados e expelidos em altíssimas velocidades.

É importante observar que vai existir neste processo a conservação de momento linear e de momento angular, ou seja, se o jato de matéria é expelido em uma certa velocidade em uma direção o buraco negro, vai girar na outra direção  oposta de forma a manter o momento angular toal nulo.

Da mesma forma para o momento linear total nulo  é necessário que sejam expelidos dois jato de lados opostos do buraco negro. Nessa figura, por exemplo, com 3 jatos sendo expelidos, não vai existir equilíbrio de momento linear e isso vai fazer com que o buraco negro seja deslocado para um lado e com isso, dois jatos vão tender a se fundir e no final ao invés de 3 jatos, vão sobrar apenas dois jatos um para cada lado.

Dessa forma, para que exista equilíbrio no momento linear, é preciso que surjam pares de jatos em linhas opostas dos buraco negro e por isso vão existir basicamente dois pares ou quatro pares, o que gera galáxia com dois braços espirais ou quatro braços espirais...

Esta ultima imagem é uma foto de uma mangueira de jardim expelindo dois jatos de agua sobre a grama onde foram tracadas linhas vermelhas sobre os jatos para facilitar a visualização da água.



Adivinhem o desenho que estes jatos de agua expelidos em direções opostas com a ponta da mangueira girando forma?

Uma dupla espiral...

Um SMBH  girado e expelindo dois jatos de protons e elétrons (que vao formar átomos de hidrogênio) gera uma nuven na forma de um disco em dupla espiral:



É o mesmo desenho da agua expelida pela mangueira...

Assim da lista de 10 coisas que o Big Bang não explica o Small Bang resolveu 4 até o momento:

1 - Para onde foi a antimatéria?
Resposta: Para dentro dos buracos negros super massivos que são feitos de antimatéria.

2 - Como foram formadas as Galaxias e porque as mesmas tem formato do discos espirais?
Resposta: São geradas a partir de jatos  espirais de matéria expelidos por buraco negros super massivos.

3 - Como foram formados os buracos negros supermassivos (SMBH – Super Massive Black Hole) e porque as Galáxias tem um SMBH no seu centro?
Resposta: São geradas a partir de micro buraco negros de antimatéria que são esticados pela inflação cósmica e forçados a crescer (comendo antimatéria gerada com energia roubada do campo inflaton) até se tornarem os por buraco negros super massivos de antimatéria.

4 - Toda as galáxias tem SMBH ou algumas não possuem isto?
Resposta: Sim é o SMBH  que gera a galáxia.

Ok, Policarpo, vou um convite aos colegas da velha guarda.