O Universo: Origem, Expansão e Estrutura do Cosmos

O Universo é a totalidade do espaço e do tempo, todas as formas de matéria, a energia e dinâmica, as leis e constantes físicas que os governam. No entanto, o termo universo pode ser usado em sentidos contextuais um pouco diferentes, para se referir a conceitos como o cosmos, o mundo ou a natureza.

Observações astronômicas indicam que o universo tem uma idade de 13,73 ± 0,12 bilhões de anos e, pelo menos, 93 bilhões de anos-luz de largura.¹ Acredita-se que o evento que deu início ao universo seja o Big Bang. Naquele momento, toda a matéria e energia no universo observável estava concentrada em um ponto de densidade infinita. Após o Big Bang, o universo começou a expandir-se para alcançar sua condição atual, e continua a fazê-lo.

De acordo com a teoria da relatividade especial, a matéria não pode se mover mais rápido que a velocidade da luz; por isso, pode parecer paradoxal que dois objetos do universo possam ter se separado por 93 bilhões de anos-luz em um tempo de apenas 13 bilhões de anos. No entanto, esta separação não está em conflito com a teoria da relatividade geral, uma vez que ela afeta o movimento no espaço, mas não o espaço em si, que pode ser estendido a uma taxa superior, não limitada pela velocidade da luz. Portanto, duas galáxias podem ser separadas uma da outra mais rápido que a velocidade da luz, se o espaço entre elas se expande.

Medidas da distribuição espacial e o redshift (desvio para o vermelho) de galáxias distantes, a radiação cósmica de fundo e as percentagens relativas de elementos químicos mais leves apoiam a teoria da expansão do espaço e, mais geralmente, a teoria do Big Bang, que postula que o próprio espaço é criado a partir do zero em um tempo específico no passado.

Observações recentes têm mostrado que essa expansão está se acelerando e que a maioria da matéria e energia do universo é fundamentalmente diferente da observada na Terra, não sendo diretamente observável ^{[carece de fontes?]} (veja a matéria escura e a energia escura). A imprecisão das observações atuais limita as previsões sobre o destino do universo.

Os experimentos sugerem que o universo é governado pelas mesmas leis da física, constantes ao longo de sua extensão e história. A força dominante em distâncias cósmicas é a gravidade, e a teoria da relatividade geral é atualmente a mais precisa para descrevê-la. As outras três forças fundamentais, e as partículas em que operam, são descritas pelo Modelo Padrão. O Universo tem pelo menos três dimensões de espaço e uma de tempo, mas não podem ser excluídas experimentalmente dimensões extras muito pequenas. O espaço-tempo parece estar conectado de forma simples e suave, e o espaço tem uma curvatura média muito pequena, de modo que a geometria euclidiana é, como regra geral, precisa em todo o mundo.

Na filosofia, o termo universo é aplicado ao mundo ou ao conjunto de tudo o que acontece.

A ciência modela o universo como um sistema fechado contendo energia e matéria anexadas ao espaço-tempo, sendo regulado essencialmente por princípios causais.

Com base em observações do universo observável, os físicos tentam descrever o contínuo espaço-tempo em que nos encontramos, juntamente com toda a matéria e energia existentes no mesmo. O estudo, em escalas maiores, é o tema da cosmologia, uma disciplina baseada na astronomia e na física, que descreve todos os aspectos deste universo e seus fenômenos.

A teoria mais aceita atualmente sobre a formação do universo, proposta pelo belga Georges Lemaître, é o modelo do Big Bang, que descreve a expansão do espaço-tempo a partir de uma singularidade. O universo passou por um rápido período de inflação cósmica, que apagou todas as irregularidades iniciais. Desde então, o universo se expandiu e tornou-se estável, mais frio e menos denso. Pequenas variações na distribuição da segregação de massa resultaram em estruturas fractais encontradas no universo, como os aglomerados de galáxias.

Quanto ao seu destino final, a evidência atual parece apoiar a teoria da expansão permanente do universo, enquanto outros afirmam que a matéria escura pode exercer uma força gravitacional suficiente para deter a expansão e fazer com que toda a matéria seja comprimida, no que os cientistas chamam de Big Crunch ou o Grande Colapso.