Se o Universo tem 4 dimensões, como ele pode ser “plano”? Físico responde

Para entender isso, precisamos adentrar nos conceitos fundamentais da Cosmologia e da Geometria do espaço-tempo. De acordo com a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, a geometria do Universo é intrinsecamente ligada à sua matéria e energia.

E é justamente a Relatividade Geral, com suas equações de campo, que possibilitaram o desenvolvimento do Modelo Padrão da Cosmologia, ou a conhecida teoria do Big Bang. No estudo aprofundado da evolução do cosmo, é possível demonstrar que o Universo assume diferentes formas geométricas, dependendo da quantidade total de matéria e energia contidas nele.

Essas formas são geralmente classificadas em três categorias principais: positivamente curvada (esférica), negativamente curva (hiperbólica) e plana (veja abaixo). Essa última é a que melhor se encaixa nas observações ao longo de décadas. Ou seja, o resultado de que o Universo é plano não é mais algo estritamente teórico. Há comprovações experimentais robustas.

A planura do Universo é uma característica crucial que tem implicações profundas para a Cosmologia e nossa compreensão da evolução cósmica. Um Universo plano implica uma densidade crítica de matéria e energia, onde a quantidade de matéria-energia positiva (como a encontrada em estrelas, planetas e gás) é equilibrada pela quantidade de matéria-energia na forma da energia escura, por exemplo, que impulsiona a aceleração da expansão do Universo.

A ideia de um Universo com quatro dimensões (três de espaço e uma de tempo) e plano pode parecer paradoxal à primeira vista, especialmente quando estamos acostumados com o conceito tridimensional do espaço e a quarta dimensão, o tempo. Mas há relações profundas entre os conceitos de geometria e dimensões em Física e Cosmologia.

Na Cosmologia, o espaço-tempo é considerado um contínuo quadridimensional, composto pelas três dimensões espaciais (comprimento, largura e altura) e uma dimensão temporal, conforme descrito pela Relatividade Geral de Einstein.

Quando falamos sobre a planura do Universo, nos referimos à sua geometria global, que é determinada pela distribuição de matéria e energia e sua interação com o espaço-tempo. A planura do Universo não está diretamente relacionada ao número de dimensões, mas sim à curvatura do espaço-tempo dentro dessas dimensões.

Mesmo em um Universo com quatro dimensões, a ideia de planura se mantém consistente: a geometria global é determinada pela densidade total de matéria e energia, não pela quantidade de dimensões.

As evidências para a planura do Universo vêm de várias fontes, incluindo observações de radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB), medidas de supernovas distantes e estudos de estruturas em larga escala no Universo. As medições precisas dessas observações têm consistentemente apontado para um Universo plano com uma margem de erro muito pequena.

A descoberta de que o Universo é plano tem implicações profundas para nossa compreensão de sua origem, evolução e destino final. Indica que o Universo começou em um estado extremamente uniforme e homogêneo no Big Bang e tem evoluído de acordo com as leis da física que conhecemos até hoje.

Além disso, se o Universo continuar a expandir indefinidamente devido à energia escura, como as evidências atuais sugerem, então eventualmente a taxa de expansão superará a força gravitacional que mantém as galáxias unidas. Isso levará a um "fim gelado", em que as estrelas se apagarão e o cosmos se tornará cada vez mais desolado e vazio.