(3) Hawking refere aqui *en passant* o *redshift* gravitacional, ou seja, o deslocamento para o vermelho de origem gravitacional e contrapõe ao efeito de Doppler (*N. do R.*).
caso da luz, isto significa que estrelas que se afastam de nós terão os seus espectros desviados para o extremo vermelho do espectro (desvio para o vermelho) e que as que se aproximam de nós terão os seus espectros deslocados para o azul. Esta relação entre a frequência e a velocidade, a que se chama o efeito de Doppler, faz parte da experiência de todos os dias. Basta escutar o ruído de um carro que passa na estrada: à medida que ele se aproxima, o motor soa mais alto (o que corresponde a uma frequência mais alta das ondas sonoras) e, quando passa e se afasta, o som é mais baixo. O comportamento das ondas de luz ou de rádio é semelhante. Na verdade, a Polícia utiliza o efeito de Doppler para medir a velocidade de automóveis, medindo a frequência de impulsos de ondas de rádio por eles reflectidas.
Nos anos que se seguiram à sua prova da existência de outras galáxias, Hubble passou o tempo a catalogar as distâncias entre elas e a observar os seus espectros. Nessa altura, a maior parte das pessoas julgava que as galáxias se movessem completamente ao acaso e, portanto, esperava encontrar tantos espectros desviados para o azul como para o vermelho. Constituiu, portanto, uma autêntica surpresa descobrir que [as "cores" (4) do espectro da] maioria das galáxias (5) surgiam desviadas para o vermelho: quase todas se afastavam de nós! Mais surpreendente ainda foi a descoberta que Hubble publicou em 1929: o valor do desvio para o vermelho de uma galáxia não é casual, mas sim directamente proporcional à distância a que a galáxia está de nós. Ou, por outras palavras, quanto mais longe ela se encontra, mais depressa está a afastar-se! E isso significava que o Universo não podia ser estático, como toda :,
(4 Cores, ou melhor, as riscas espectrais (*N. do R.*).
(5) De facto, a princípio, o número de galáxias catalogadas era bem pequeno! (*N. do R.*).
a gente tinha pensado antes, mas que está, de facto, em expansão; a distância entre as diferentes galáxias aumenta
constantemente.
A descoberta de que o Universo está em expansão foi uma das grandes revoluções intelectuais do século XX. Com a percepção após o acontecimento, é fácil perguntarmo-nos por que motivo ninguém tinha pensado nisso antes. Newton e outros deviam ter compreendido que um universo estático depressa começaria a contrair-se sob influência da gravidade. Mas pensemos, ao invés, num universo em expansão. Se se expandisse bastante devagar, a força da gravidade acabaria por travar a expansão, seguindo-se-lhe inevitavelmente a contracção. Contudo, se estivesse a expandir-se acima de uma certa razão crítica, a gravidade nunca teria força suficiente para travar a expansão, e o Universo continuaria a expandir-se para sempre. É um pouco como o que acontece quando se dispara um foguetão para o espaço. Se tiver uma velocidade bastante lenta, a gravidade acabará por detê-lo e ele cairá. Por outro lado, se o foguetão ultrapassar certa velocidade crítica (cerca de onze quilómetros por segundo) a gravidade não terá força suficiente para o aprisionar, de maneira que continuará a afastar-se da Terra para sempre. Este comportamento do Universo podia ter sido predito a partir da teoria da gravidade de Newton em qualquer altura nos séculos XIX, XVIII ou até no fim do século XVII. Mas era tão forte a crença num universo estático que esta prevaleceu até ao século XX. Até Einstein, quando formulou a teoria da relatividade geral, em 1915, estava tão certo de que o Universo era estático que modificou a sua teoria para o tornar possível, introduzindo nas suas equações a chamada constante cosmológica. Einstein introduziu uma nova força, "antigravitação", que, ao contrário das outras forças, não provinha de qualquer origem especial, mas era construída na própria estrutura do espaço-tempo. Afirmava :, ele que o espaço-tempo tinha uma tendência intrínseca para se expandir, o que poderia levar a equilibrar exactamente a atracção de toda a matéria no universo, de modo a daí resultar um universo estático. Só um homem, segundo parece, estava disposto a tomar a relatividade geral pelo que era e, enquanto Einstein e outros físicos procuravam maneiras de evitar, no contexto da relatividade geral, soluções não estáticas, o físico e matemático russo Alexander Friedmann dedicou-se a explicá-las.
Friedmann tirou duas conclusões muito simples sobre o Universo: que este parece idêntico seja em que direcção se olhe e que tal também seria verdade se observássemos o Universo de qualquer outro lugar. Apenas com estas duas ideias (6), Friedmann mostrou que não deveríamos esperar que o Universo fosse estático. De facto, em 1922, vários anos antes da descoberta de Edwin Hubble, Friedmann previu exactamente o que aquele veio a descobrir!
(6) Isotropia e homogeneidade. As propriedades de isotropia e homogeneidade do Universo encontram-se encerradas no conteúdo do chamado *princípio cosmológico*, talvez o mais importante argumento de toda a cosmologia moderna (*N. do R.*).
Evidentemente, a suposição de que o Universo tem o mesmo aspecto em todas as direcções não é, na realidade, verdadeira. Por exemplo, como já vimos, as outras estrelas da Galáxia formam uma faixa de luz distinta no céu nocturno, chamada Via Láctea. Mas, se olharmos para galáxias distantes, parece haver mais ou menos o mesmo número delas [qualquer que seja a direcção em que se olhe]. Portanto, o Universo, na realidade, parece ser praticamente idêntico em todas as direcções, desde que o observemos numa grande escala em comparação com a distância entre as galáxias e ignoremos as diferenças em pequenas escalas. Durante muito tempo isto constituiu justificação suficiente para a suposição de Friedmann: uma grosseira aproximação :, ao verdadeiro Universo. Mas, mais recentemente, por um acidente feliz, descobriu-se que a suposição de Friedmann é realmente uma notável e precisa descrição do nosso Universo.
Em 1965, dois físicos americanos dos Bell Telephone Laboratories de Nova Jérsia, Arno Penzias e Robert Wilson, efectuavam experiências com um detector de micro-ondas muito sensível. (As micro-ondas são exactamente como ondas luminosas, mas com uma frequência da ordem de apenas dez milhares de milhões de ondas por segundo). Penzias e Wilson ficaram preocupados quando descobriram que o seu detector captava mais ruídos do que devia. Os ruídos não pareciam vir de uma direcção em particular. Primeiro, descobriram excremento de aves no detector e procuraram outros defeitos possíveis, mas depressa abandonaram essa hipótese. Sabiam que qualquer ruído proveniente do interior da atmosfera seria mais forte quando o detector não estivesse apontado verticalmente porque os raios de luz percorrem maior distância na atmosfera quando são recebidos perto do horizonte do que quando são recebidos directamente de cima. Os ruídos extra eram os mesmos qualquer que fosse a direcção para que estivesse apontado o detector; portanto, deviam vir *de fora* da atmosfera. Também eram iguais de dia e de noite e durante todo o ano, embora a Terra rodasse sobre o seu eixo e orbitasse em volta do Sol. Isto mostrava que a radiação devia vir de fora do sistema solar e até de fora da Galáxia, porque, se assim não fosse, variaria quando o movimento da Terra apontasse o detector para direcções diferentes. De facto, sabemos que a radiação deve ter viajado até nós através da maior parte do Universo observável e, uma vez que parece ser a mesma em direcções diferentes, o Universo também deve ser o mesmo em todas as direcções, apenas a uma escala maior. Sabemos agora que, em qualquer direcção que olhemos, estes ruídos nunca :, variam mais do que uma parte em dez miclass="underline" de modo que Penzias e Wilson tinham tropeçado sem querer numa confirmação incrivelmente precisa da primeira suposição de Friedmann.