Aula 188 — Cosmologia do Big Bang (A expansão do Universo e a Lei de Hubble)

O professor pergunta: "em 1929, Edwin Hubble descobriu algo estranho: quase todas as galáxias distantes estão se afastando de nós. Isso significa que a nossa galáxia está no centro do Universo?" Ouvir hipóteses.

Perguntar: se todas as galáxias parecem se afastar de nós, como isso pode ser verdade sem que a nossa galáxia esteja num lugar especial do Universo? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que a expansão do Universo significa que as galáxias se afastam de um ponto central fixo no espaço, como os estilhaços de uma explosão comum — na verdade, é o PRÓPRIO ESPAÇO que se expande de forma uniforme, e um observador em QUALQUER galáxia veria exatamente o mesmo efeito.

Apresentação dos slides 2 a 9: usando magnitude e distância (Aula 179) e desvio Doppler (Aula 178), Edwin Hubble observou, em 1929, que praticamente todas as galáxias distantes apresentam desvio para o vermelho, e que a velocidade de afastamento é proporcional à distância: a Lei de Hubble, v=H₀·d, onde H₀ é a constante de Hubble. A interpretação correta não é que estamos no centro de uma explosão, mas que o PRÓPRIO ESPAÇO está se expandindo uniformemente — a analogia clássica é um balão sendo inflado, com pontos marcados em sua superfície: todos os pontos se afastam uns dos outros conforme o balão infla, sem que nenhum ponto seja o "centro" da expansão — isso resolve o obstáculo do Momento 2. O desvio para o vermelho das galáxias distantes (desvio cosmológico) tem a mesma assinatura observacional do efeito Doppler (Aula 178), mas sua origem física é diferente: não é a galáxia se movendo através do espaço, mas o próprio espaço entre nós e ela se esticando ao longo do caminho percorrido pela luz, esticando também o comprimento de onda dessa luz. Extrapolando essa expansão para trás no tempo, chega-se à conclusão de que o Universo já foi extremamente quente, denso e compacto — o Big Bang não foi uma explosão DENTRO de um espaço pré-existente, mas o próprio início da expansão do espaço e do tempo.

Resolução guiada: calcular coletivamente a distância a uma galáxia com velocidade de recessão observada v=7000 km/s, usando H₀≈70 km/s/Mpc: d=v/H₀=7000/70=100 Mpc. Em duplas: calcular a distância para uma galáxia com v=14000 km/s (d=14000/70=200 Mpc).

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Retomar a pergunta do Momento 1: não estamos no centro do Universo — a Lei de Hubble revela que o próprio espaço está se expandindo uniformemente, e um observador em qualquer outra galáxia observaria exatamente o mesmo padrão de afastamento.