O objetivo deste FAQ não é descrever, nem mesmo em parte, a cosmologia do Big Bang padrão que o criacionista da Terra jovem R.V. Gentry pretende substituir com sua Nova Interpretação do Redshift (NRI). A descrição do modelo cosmológico padrão e as respostas a perguntas comuns já foram muito competidamente elucidadas pelo Professor Ned Wright em seu FAQ de Cosmologia; informações adicionais sobre a cosmologia padrão podem ser encontradas nos textos referenciados no final deste FAQ. Em vez disso, este FAQ visa abordar os problemas na NRI do Dr. Gentry que podem não ser óbvios para alguém não familiarizado com as áreas de física envolvidas. O Dr. Gentry também submeteu um pré-impresso que argumenta contra a cosmologia padrão e a favor da NRI, que será tratado em uma seção separada do restante do modelo do Dr. Gentry.

O material deste FAQ foi compilado por Ryan Scranton a partir de postagens no talk.origins de Sverker Johansson, Steve Carlip, Ken Cox, Mark Kluge e Ryan Scranton. Qualquer comentário pode ser enviado para scranton@oddjob.uchicago.edu

Os Argumentos em Breve

O material neste FAQ, tanto o que apoia a NRI quanto o que a refuta, é muito tecnicamente envolvido. Para o leitor casual, pode ser muito difícil, ao se deparar com dois argumentos opostos sobre um assunto desconhecido e complicado, determinar quem está certo, quem está errado ou se ambos os lados estão meramente fazendo argumentos cheios de jargão que são sem sentido. A única solução real para este problema é educar-se sobre o material envolvido a fim de tomar uma decisão informada. No entanto, como a maioria das pessoas que leem isso não tem tempo para fazer as 3 ou 4 aulas de física que seriam necessárias para entender a profundidade dos argumentos, esta seção espera fornecer um breve resumo do restante do FAQ, bem como respostas a algumas perguntas que podem surgir ao tentar julgar a validade dos argumentos apresentados therein.

O NRI consiste em três componentes principais:

• Um universo esférico descrito pela Relatividade Geral Einsteiniana com um centro definido que nem se expande nem se contrai.
• Uma fina camada de hidrogênio que circunda o universo observável.
• Uma distribuição de matéria normal e energia do vácuo que é radialmente homogênea. A energia do vácuo tem uma massa efetiva negativa e, portanto, causa a gravidade a repelir em vez de atrair.

Os problemas com este modelo são (pelo menos) cinco:

Modelo do Dr. Gentry

O modelo NRI do Dr. Gentry foi apresentado pela primeira vez na Modern Physics Letters A. Os padrões que diferentes revistas têm para artigos e cartas (que não devem ser confundidos com documentos no estilo de cartas aos editores) variam consideravelmente. A MPLA, em particular, tende a publicar artigos mais curtos que talvez não fossem apropriados para o geralmente mais prestigiado Physical Review, mas eles submetem seus artigos a revisão por pares antes da publicação. Isso contrasta com o pré-impresso que o Dr. Gentry submeteu ao arquivo do Laboratório Nacional Los Alamos; a única qualificação para aceitação de um pré-impresso é algum tipo de associação com uma instituição estabelecida. Embora o FAQ esboce brevemente o modelo do Dr. Gentry, os leitores são encorajados a examinar por si mesmos sua carta MPLA e seu pré-impresso LANL.

No modelo cosmológico padrão, assume-se que a distribuição de matéria em grande escala do universo seja isotrópica e homogênea. Como indica o Dr. Gentry, a primeira suposição foi bem estabelecida por observações da distribuição angular de galáxias em levantamentos de galáxias. Por outro lado, a suposição de homogeneidade é difícil de verificar diretamente devido ao fato de que não podemos (nem agora, nem em nada que se assemelhe ao futuro próximo) observar o universo de qualquer ponto de vista diferente do nosso próprio galáxia (Deve-se notar, no entanto, que, embora a homogeneidade da distribuição de matéria não possa ser determinada diretamente, ela pode ser apoiada indiretamente pela verificação de previsões feitas assumindo-a. Por exemplo, a previsão e observação de que a radiação cósmica de fundo em micro-ondas seria isotrópica em um grau muito alto são feitas na cosmologia padrão usando a suposição de homogeneidade). O NRI elimina a suposição de homogeneidade e postula um universo com um centro definido, próximo ao qual a suposição de isotropia é válida. Além disso, enquanto a cosmologia padrão inclui um universo em expansão em que a distância entre duas coordenadas no espaço-tempo aumenta com o tempo, o NRI afirma ser um universo estático.

A matéria no universo NRI está distribuída uniformemente em uma esfera ao redor do centro do universo com raio 4,365 Gpc (1 Gpc = 10⁹ parsec, 1 parsec = 3,26 anos-luz). Ao redor desta esfera há uma fina camada de hidrogênio quente. Além da camada de hidrogênio, a densidade da matéria é assumida como decaindo exponencialmente na direção radial. Além disso, o NRI faz uso de uma densidade de energia do vácuo não nula. Esta energia tem massa negativa e atua como uma força repulsiva, em vez da natureza atrativa normal da gravidade. Este conceito (a "constante cosmológica") foi introduzido pela primeira vez por Albert Einstein a fim de manter as soluções de suas Equações de Campo da Relatividade Geral estáticas, em vez de resultar em um universo que eventualmente colapsaria em uma singularidade (Ao ouvir sobre as observações de Hubble sobre o movimento isotrópico de galáxias distantes afastando-se da nossa, ele posteriormente desencorajou a inclusão da constante cosmológica em suas equações de campo; recentemente voltou a estar na moda para explicar observações de supernovas de alto desvio para o vermelho por Perlmutter e Riess.). O componente crítico final do NRI é a noção de desvios para o vermelho gravitacionais. Estes desvios para o vermelho são devidos à dilatação do tempo experimentada por observadores em diferentes potenciais gravitacionais; o efeito é muito pequeno sob condições baseadas na Terra, mas pode ser muito pronunciado se a diferença de potencial for muito grande. Esta dilatação do tempo foi prevista pela Relatividade Geral e desde então foi confirmada tanto na Terra quanto por meio de observações astronômicas.

As duas observações cosmológicas que o Dr. Gentry procura incorporar ao modelo são a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (RCFM) e a relação de Hubble. A RCFM é um banho difuso e isotrópico de radiação que possui o mesmo espectro de um corpo negro a aproximadamente 2,7 K com precisão melhor que uma parte em 10.000. No modelo padrão, essa radiação é o remanescente do ponto na expansão do universo em que a radiação se desacoplou da matéria devido à recombinação de elétrons e núcleos em hidrogênio e hélio. No NRI, essa radiação deve-se à camada quente de hidrogênio que envolve o universo observável. Esse hidrogênio irradia como um corpo negro e a radiação é desviada para o vermelho devido à diferença de potencial gravitacional entre ela e o centro do universo, resultando na RCFM de 2,7 K que observamos. O Dr. Gentry define o potencial gravitacional como igual a zero no centro do universo, o que lhe permite expressar a massa da camada de hidrogênio (M_g) como

Mg = 2R 3(2v - )

(1)

onde R é o raio da casca, _v é a densidade de energia do vácuo e é a densidade média de matéria da esfera dentro da casca. Em seu artigo, o Dr. Gentry assume uma temperatura para a casca de hidrogênio de 5400 K, resultando em um desvio para o vermelho da temperatura de

z + 1 = (1 + 2(R)/c 2) -.5 = 2000

(2)

onde z é a razão da diferença entre o comprimento de onda observado e o comprimento de onda emitido e o comprimento de onda emitido dos fótons, é o potencial gravitacional na casca e c é a velocidade da luz. A temperatura precisa da casca de hidrogênio não é muito importante, já que a equação que determina o desvio para o vermelho resultante vai muito rapidamente para infinito próximo ao valor que o Dr. Gentry cita para R (4,365 Gpc); assim, quase qualquer temperatura poderia ser desviada para o vermelho até 2,7 K sem alterar significativamente o raio da casca (veja a Fig. 1). Embora não seja explicitamente declarado, a relação de desvio para o vermelho de Dr. Gentry para a temperatura define a escala de tempo do NRI de tal forma que

Portanto, a idade mínima do modelo NRI (como exigido para que o volume dentro da casca seja preenchido com fótons provenientes da casca) é 1/H.

Figura 1. Relação de desvio para o vermelho para a Casca de Hidrogênio no NRI

Na sua forma mais simples, a relação de Hubble afirma que a velocidade aparente (inferida pelo desvio para o vermelho observado da luz da galáxia) de uma galáxia está relacionada à distância até a galáxia (r) por

onde H é a Constante de Hubble (as medições atuais de H colocam-na em aproximadamente 65 ± 8 km/s/Mpc). Na cosmologia padrão, essa relação pode ser derivada das equações de campo no limite de pequenos z como

onde q é conhecido como o "parâmetro de desaceleração" e está relacionado às densidades de matéria e energia do vácuo do universo. No NRI, o Dr. Gentry busca explicar a primeira relação de Hubble por meio da repulsão gravitacional. Se a magnitude da densidade de energia do vácuo for maior que metade da magnitude da densidade de matéria (o fator de um meio deve-se à pressão associada à densidade de energia do vácuo e à sua ausência na matéria), então a massa negativa efetiva dentro de um raio r resultará em uma aceleração positiva na direção radial de

d2r/dt2 = 4G(2v - )r/3

(6)

onde d²r/dt² é a aceleração (segunda derivada de r em relação ao tempo) e G é a Constante de Newton. Dadas certas condições iniciais, a equação diferencial acima resulta em uma expressão para r que aumenta exponencialmente com o tempo,

r = rgeHt, H2 = 4G(2v - )/3

(7)

onde r_g é a posição radial inicial da galáxia. Tomando a derivada desta expressão em relação ao tempo, obtém-se a expressão

Como as galáxias estarão em movimento, bem como em diferentes potenciais em relação à nossa galáxia, a relação de redshift observada deve levar em conta ambos esses efeitos. Após substituir suas expressões para potencial em um raio dado e velocidade, o Dr. Gentry fornece o redshift de uma galáxia como

onde u_g é a razão entre a velocidade tangencial de uma dada galáxia e sua velocidade radial (ver Fig. 2). Para valores suficientemente pequenos de r, isso reduz-se à (3).

Figura 2. Relação de redshift NRI para galáxias

Problemas com a NRI

As dificuldades com o NRI podem ser divididas em quatro categorias amplas: erros relativísticos gerais, problemas na relação de Hubble, problemas da camada de hidrogênio e observações ausentes.

Relatividade Geral

Para que seu modelo seja consistente com a Relatividade Geral, o NRI deve ser uma solução válida para as Equações de Campo de Einstein. A métrica explícita (um sistema de equações que governa a geometria do espaço-tempo em seu modelo; veja abaixo) do NRI não é fornecida em seu artigo, mas os parâmetros que ele cita (homogeneidade radial, simetria esférica e uma métrica que não muda com o tempo, ou "métrica estática") são suficientes para demonstrar uma inconsistência com as únicas soluções aplicáveis às Equações de Campo.

Para manter um universo estático, como o Dr. Gentry afirma que o NRI é, o gradiente de pressão radial, conforme dado pela equação de Oppenheimer-Volkov

dP/dr = (P + + v)(4Pr3 + M(r))/(r2 - 2rM(r))

(10)

onde P é a pressão e M(r) é a massa contida dentro do raio r, deve ser igual a zero. Se isso não for igual a zero, então haverá um desequilíbrio resultante de forças que empurra a matéria para longe do centro do universo (se a força de pressão for muito forte) ou puxa a matéria em direção ao centro do universo (se a força gravitacional for muito forte). Para densidades que não variam com o raio (como no NRI), existem duas soluções estáticas possíveis: a solução de de Sitter e a solução de Einstein. Na solução de de Sitter, a pressão é dada por

P = -v

(11)

(não há matéria normal), tornando o primeiro termo da (10) igual a zero. A solução de Einstein tem

P = -v/3

(12)

Se substituirmos isso no segundo termo da (10), obtemos

4(-v/3)r3 + M(r) = 4r3(-v + - v)/3

(12a)

onde expandimos M(r) em termos de ( - _v). Assim, para tornar este termo zero (e satisfazer dP/dr = 0), a solução de Einstein exige que = 2 _v.

Postulando um modelo em que nenhuma dessas afirmações é verdadeira (de fato, onde a solução de Einstein é explicitamente falsa), o universo NRI possui um gradiente de pressão positivo e, portanto, deve expandir-se, em contradição com as alegações do Dr. Gentry. Além disso, se o NRI fosse verdadeiramente um modelo estático de Einstein, não haveria movimento devido à diferença de potencial nem nenhum desvio para o vermelho devido ao mesmo (cf. (1), (7)). O NRI poderia evitar isso removendo a condição de que a pressão e a densidade sejam radialmente homogêneas, mas isso levaria a uma discrepância drástica com as observações (Goodman, Phys. Rev. D52 (1995) 1821). Assim, em efeito, o modelo é meramente uma fatia esférica do modelo cosmológico padrão cercada por uma casca de hidrogênio.

Embora o acima seja certamente um problema sério com o modelo, é meramente um sintoma do problema maior do NRI em relação à Relatividade Geral. Apesar das alegações do Dr. Gentry de que o NRI está de acordo com a Relatividade Geral, uma base relativística sólida para o NRI falta seriamente neste artigo. Seu artigo não faz menção ao métrico para seu modelo, sem o qual não se pode conhecer as equações que governam o movimento em seu modelo; simplesmente alegar ser governado por um métrico estático não é suficiente (particularmente quando há evidências prontas de que o métrico não seria estático). Isso significa que, por exemplo, não há maneira de saber se o uso do Dr. Gentry das equações newtonianas de movimento para galáxias em seu modelo é justificado, nem se pode determinar em que escalas suas equações de movimento podem falhar. De fato, nem sequer há menção ao fato de que a expressão para sua "Constante de Hubble" exige que o raio da casca de hidrogênio também seja igual ao raio de Schwarzschild (Este é o raio em que, para um buraco negro não rotativo, a matéria e a luz não podem mais escapar do potencial gravitacional do buraco negro e eventualmente serão atraídas em direção à singularidade no centro) ou como ele proporia combinar as condições de contorno entre o métrico da casca e o universo exterior neste ponto. Pelo contrário, o uso do desvio para o vermelho gravitacional é meramente uma fina camada para o que, na descrição, é um modelo que é um universo newtoniano com geometria plana e euclidiana.

Problemas da Relação de Hubble

Em sua derivação do movimento das galáxias devido à massa negativa contida, o Dr. Gentry cita a equação (5) como a equação que governa a aceleração da galáxia no raio r devido à repulsão gravitacional da massa negativa contida dentro desse raio. No entanto, para chegar à equação que descreve o comportamento da galáxia ao longo do tempo, ele deve assumir condições de contorno para a posição inicial (o que faz explicitamente) bem como para a velocidade inicial (o que não menciona explicitamente). Assim, sua derivação exige, na verdade, que as galáxias tenham uma velocidade inicial proporcional à sua posição inicial para que a (6) seja verdadeira. Isso não é apenas raciocínio circular, mas também exigiria que a velocidade de cada galáxia fosse ajustada finamente à velocidade apropriada. No modelo padrão, não há tal requisito; as galáxias podem ter qualquer velocidade inicial devido ao seu ambiente local (ser parte de um aglomerado de galáxias, como nossa galáxia é parte do Grupo Local, por exemplo), e a expansão do métrico simplesmente adicionará a velocidade radial apropriada sem ajuste fino.

Além disso, sua derivação assume que a densidade de matéria e a densidade de energia do vácuo não mudam com o tempo. Embora isso seja válido para a densidade de energia do vácuo (que é uma propriedade do espaço-tempo e, portanto, invariável), a densidade de matéria não permanecerá fixa. Tratando a matéria como um fluido, a conservação de matéria exige que

d/dt = - (v)

(13)

onde (v) é a divergência da densidade de matéria vezes a velocidade. Isso é simplesmente outra maneira de dizer que a mudança na matéria ao longo do tempo para um volume dado será igual à quantidade de matéria que flui para dentro ou para fora do elemento de volume. Ignorando velocidades transversais, podemos expandir o lado direito da equação como

(v) = r-2d(r2(Hr))/dr + (Hr)d/dr

(14)

onde assumimos que v = Hr. O primeiro termo é fácil de avaliar

r-2d(r2(Hr))/dr = 3 H

(15)

O segundo não é tão fácil. Se assumirmos uma distribuição inicial de matéria isotrópica radialmente ( é independente de r), então este termo desaparece. Isso significaria que a escala de tempo para a mudança na densidade de matéria ( dividido pelo valor absoluto de d/dt) é 1/(3H), um terço do tempo de Hubble (1/H = 13,75 bilhões de anos para H = 65 km/s/Mpc). No entanto, como o gradiente da densidade vai ser positivo com o aumento de r à medida que mais e mais galáxias e material intergaláctico se movem ao longo de sua expansão exponencial, o valor do segundo termo de (14) vai tornar-se maior que 0, impulsionando a escala de tempo de depleção da densidade de matéria cada vez mais curta. O resultado de tudo isso é que se o tempo de Hubble for a escala de tempo dinâmica para o NRI, então a derivação da relação de Hubble de Dr. Gentry a partir de seu modelo é imprecisa.

Por último, embora a relação de redshift apresentada pelo Dr. Gentry seja aproximadamente linear para pequenos valores de r, ela diverge da linearidade muito rapidamente. Em z = .1, o desvio da linearidade é de 10%; em z = .5, é de 50%; e em z = 1, o desvio é superior a 100% (ver Fig. 3). Isso entra em contradição marcante com a expansão de Hubble prevista na (5). Mais importante ainda, o valor de q que seria necessário para corresponder aproximadamente à relação NRI foi excluído por observações de supernovas distantes (cf. Perlmutter, et al. ApJ 483:565 (1997).)

Figura 3. Relações entre desvio para o vermelho e distância para a cosmologia padrão e o NRI

Essa não-linearidade também leva a problemas com uma das áreas que o Dr. Gentry alega como seus principais pontos de apoio, o número de contagens de quasares. Como mostrado na Fig. 2, o rápido aumento no redshift em ~.7R significa que um objeto poderia ter sua luz redshiftada muito rapidamente além da observação com apenas uma pequena mudança na distância do centro do universo. O Dr. Gentry toma isso como explicação para a escassez de quasares além de um redshift de z = 4. No entanto, como a Fig. 3 indica, esse efeito começa efetivamente em um redshift muito menor do que o Dr. Gentry nos levaria a acreditar. Assumindo que a distribuição de quasares é uniforme, pode-se demonstrar facilmente que a razão entre o número previsto de quasares em com um redshift entre z e z + dz na NRI e na cosmologia padrão é .39 em z = 1 e .18 em z = 2. Embora isso não seja, por si só, uma evidência, o fato de que a densidade numérica da NRI diminui de z = 0 a z = 2 é fortemente contradito pelo aumento observado de quasares ao longo desse mesmo intervalo de redshift (M. Rees, Perspectives in Modern Cosmology, Cambridge University Press, 1995)

Problemas da Casca de Hidrogênio

Como mencionado na descrição da derivação da (2) para o desvio para o vermelho da emissão de corpo negro da casca de hidrogênio quente, a expressão diverge para infinito para valores de r próximos a R e, portanto, há muito pouca restrição sobre a temperatura da casca. Isso é particularmente insatisfatório do ponto de vista estético, pois confere um certo grau de infalsificabilidade à teoria; algo que deve ser evitado na ciência. Assim, embora possamos esperar que as linhas de emissão do hidrogênio quente apareçam no espectro (contrariando nossas observações da CMBR), essa relação de desvio para o vermelho permitiria que a temperatura fosse baixa o suficiente para impedir uma emissão significativa sem alterar significativamente o valor do raio da casca.

No entanto, mais problemático é a questão da estabilidade da casca, tanto contra colapsos em pequena quanto em grande escala. Considerando primeiro a pequena escala, existem dois requisitos. Primeiro, a casca deve ser fina o suficiente para que a espessura da casca não exceda o Comprimento de Jeans, R_j. Se a casca fosse mais espessa que isso, então ela começaria a colapsar radialmente (não em direção ao centro do universo, mas sim os dois lados da casca um em direção ao outro) porque a atração gravitacional da casca sobre si mesma excederia a pressão do gás na casca. Isso requer que a espessura da casca seja ligeiramente menor que

Rj = (kT/ (Gnm2)).5

(16)

onde k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura, n é a densidade numérica do hidrogênio e m é a massa de um átomo de hidrogênio. Em segundo lugar, a casca deve ser opaca o suficiente para irradiar como um corpo negro, conforme exigido para a RMC. Isso significa que a profundidade óptica () deve ser

= nRj » 1

(17)

onde é a seção de choque de espalhamento para o hidrogênio. Nos regimes de temperatura prováveis para a casca, isso deve ser a seção de choque de Thomson. Agora que temos uma expressão para a densidade numérica do gás na casca, bem como uma espessura, podemos calcular a massa mínima que a casca precisaria ter para irradiar como um corpo negro e ser estável contra a autogravitação. A massa da casca deve ser

Ms = 4/3(R s3 - R3)nm

(18)

onde R_s = R + R_j. Usando o fato de que R_j » R, podemos reescrever (18) como

Ms = 4R2Rjnm

(19)

Substituindo R_j e n, obtemos

Ms » 4R2m/

(20)

que é independente da temperatura da casca. Para R = 4,365 Gpc, M_s » 2,9 × 10²⁴ massas solares. Usando os valores do Dr. Gentry para H e R, a massa de sua casca é aproximadamente 1,3 × 10²³ massas solares, assim ficando abaixo do limite absoluto inferior da massa da casca por um fator de 20. Para tentar compensar essa deficiência, poderia-se aumentar os valores de H ou R. No entanto, R não pode ser aumentado suficientemente além do valor citado pelo Dr. Gentry sem causar que o desvio para o vermelho dos fótons vindos da casca aumente até o infinito e H não pode ser aumentado o suficiente se ele deseja permanecer dentro das margens de erro das medições atuais.

Sobre o tema da estabilidade em grande escala, mesmo que o Dr. Gentry use M_g (de (1)) para sua casca, a casca ainda terá uma massa absoluta maior do que a da massa que ela envolve. Seguindo o tratamento do Dr. Gentry, a massa envolvida pela camada externa de hidrogênio na casca será

Mg - M = 2(2v - )R3/3 > 0

(21)

onde M é a magnitude da massa da esfera delimitada pela casca. O fato de que isso é positivo significa que a pressão devido à densidade de energia do vácuo não será suficiente para contrabalançar a atração gravitacional da casca, e ela começará a colapsar em direção ao centro do universo. A escala de tempo () para esse colapso será proporcional a

= (R/-d2R/dt2).5

(22)

onde d²R/dt² é a segunda derivada do raio em relação ao tempo. A partir da expressão do Dr. Gentry,

d2R/dt2 = -GM/R2	(23)
= (1/(2G(2v - ))).5

Isso é quase o inverso da expressão que o Dr. Gentry tem para a Constante de Hubble (é na verdade 1/((2/3)H)^.5), significando que não apenas a suposição do Dr. Gentry de que a casca será estacionária é ruim, mas que ela estará se contraindo em aproximadamente a mesma escala de tempo que a massa dentro da casca se expandiria para fora devido à massa negativa, assumindo que a divergência da densidade de massa é negligenciável. Em suma, se o Dr. Gentry quer que o tempo de Hubble seja indicativo de qualquer tipo de escala de tempo dinâmica em seu modelo, então essa também será a escala de tempo em que tudo se desmanchará contra ele.

Por fim, podemos ver facilmente que o tempo de resfriamento da casca é muito rápido para explicar o fundo de radiação cósmica de micro-ondas (CMBR) estável que é observado. A termodinâmica básica nos diz que a energia térmica de um átomo de hidrogênio na casca à temperatura T será 1.5kT (onde k é a constante de Boltzmann e estamos assumindo que o hidrogênio existe apenas como átomos individuais devido à densidade muito baixa). Se usarmos o requisito de que a casca irradie como um corpo negro para obter uma expressão para o número de átomos de hidrogênio na casca, então a energia térmica total da casca é

E = 4R2Rjn(1.5kT)	(24)
= 6R2 kT/T

onde _T é a seção de choque de espalhamento Thomson. Assumindo equilíbrio térmico no interior da casca, a luminosidade (a quantidade de energia emitida em um determinado intervalo de tempo) da casca será dada pela fórmula padrão para radiação de um corpo negro,

dE/dt = 4R2BT4

(25)

onde _B é a constante de Stephan-Boltzmann. Assim, a escala de tempo de resfriamento será

= E/(dE/dt) = 3k/(2BTT3)

(26)

Para T = 5400 K, Tau é de aproximadamente 35 segundos. Para ainda estar irradiando após um tempo de Hubble, a temperatura teria que ser da ordem de 10 mK. De fato, se a temperatura da camada de hidrogênio fosse os 2,7 K observados para a CMBR hoje (ignorando efeitos de redshift), o tempo de resfriamento seria menor que 9000 anos.

Não apenas isso nos diz que a energia térmica inicial da casca será irradiada muito rapidamente, mas também significa que qualquer energia térmica extra que a casca adquirisse ao liberar energia gravitacional durante o colapso seria irradiada quase imediatamente. Além disso, se a casca começasse com uma combinação de densidade numérica e espessura da casca suficientemente opaca para irradiar como um corpo negro, a diminuição da temperatura reduziria rapidamente o comprimento de Jeans, tornando a casca instável ao colapso em pequena escala detalhado na primeira parte desta seção.

Observações ausentes

Embora a NRI alegue ter sucesso ao corresponder às observações de dois dos três principais pilares do modelo cosmológico padrão (a CMBR e a Relação de Hubble), ela ignora completamente o sucesso do terceiro, a nucleossíntese do Big Bang. Ao modelar as reações nucleares que teriam ocorrido nos primeiros 3 minutos após o tempo de Planck, cosmólogos (notavelmente Alpher, Bethe e Gamow, que publicaram o artigo seminal sobre o assunto, Phys. Rev. 70:527 (1946); e Alpher, Follin e Herman, que lançaram as bases para o código de cálculo da abundância de Hélio-4, Phys. Rev. 92:1347 (1953)) foram capazes de prever com precisão as abundâncias relativas de elementos leves nas nuvens interestelares que persistiram desde o Big Bang e explicar a falta de elementos mais pesados nas estrelas mais antigas que observamos em nossa galáxia. Em particular (mas não exclusivamente), as previsões de que a abundância de Hélio-4 seria aproximadamente 25% da de Hidrogênio e que a abundância de Deutério seria não nula se a densidade de matéria do universo em bárions não fosse igual à densidade crítica necessária para fechar o universo foram confirmadas pela observação (cf. Schramm e Wagoner, Ann. Rev. Nuc. Part. Sci. 27:37 (1979); Austin, Prog. Part. Nuc. Phys. 7:1 (1981); York, et al. ApJ 276:92 (1984)). A primeira é importante porque foi a previsão menos sensível às variações dos parâmetros que compõem o modelo e a segunda porque o Deutério é rapidamente consumido nas estrelas devido a uma baixa energia de ligação e, portanto, não seria produzido em quantidades significativas em nenhum outro processo conhecido. Uma descrição mais completa da NBB, suas confirmações e sua utilidade como sonda de parâmetros cosmológicos pode ser encontrada em Principles of Physical Cosmology de P.J.E Peebles (Princeton University Press, 1993) e The Early Universe de Kolb e Turner (Addison-Wesley Publishing, 1990), ambos os quais também são excelentes textos sobre cosmologia em geral (embora se deva avisar que não são destinados a um público leigo). Outros artigos de revisão de interesse são

• Olive, Keith A(1997) 'Nucleossíntese primordial e matéria escura', UMN-TH-1539/96 (astro-ph/9707212)
• Schramm, D N & Turner, M S(1998) 'A nucleossíntese do Big Bang entra na era da precisão', Rev. Mod. Phys. 70:303-317
• Schramm, David N(1998) 'Nucleossíntese Primordial', Proc. Nat. Acad. Sci. 95:42-46

No modelo NRI do Dr. Gentry, as abundâncias de elementos leves e as escalas de tempo semelhantes para as estrelas mais antigas e a idade do universo são meramente uma coincidência. É completamente silencioso sobre ambos esses pontos, para seu detrimento.

Pré-impressão "Rosetta"

O pré-impresso "Rosetta" do Dr. Gentry consiste essencialmente em duas partes. Na primeira, o Dr. Gentry sustenta que a expansão do universo na cosmologia padrão e o consequente desvio para o vermelho dos fótons viajando nessa métrica em expansão resulta em uma violação da conservação de energia no universo e ele apresenta uma estimativa da energia "perdida" durante a existência do universo. Em segundo lugar, ele refere-se a uma série de experimentos que conferem credibilidade às previsões da relatividade geral concernentes ao desvio para o vermelho da luz devido a potenciais gravitacionais. Como conclusão, ele observa que as recentes observações de supernovas conferem credibilidade à sua inclusão de uma densidade de energia do vácuo não nula no NRI e que, como ele acredita que os problemas com a cosmologia padrão que ele descreve não existem em seu NRI, este deve ser o modelo preferido.

Em suma, ambos os pontos que o Dr. Gentry descreve não são exclusivos do modelo cosmológico padrão, mas sim objeções que demonstram como a relatividade geral não corresponde à nossa intuição cotidiana (mesmo quando essa intuição pode ser guiada por trabalhos em outra área da física). Embora a conservação de energia seja uma questão direta de lidar no limite newtoniano (como apresentado no cálculo do Dr. Gentry), quando se leva em conta a curvatura da métrica, as coisas tornam-se muito mais complicadas. A energia não gravitacional pode ser facilmente contabilizada (como o cálculo direto do Dr. Gentry mostra) em um tensor covariante; no entanto, devido ao princípio da equivalência de Einstein, não pode existir tal tensor para a gravidade.

Contrariamente às alegações do Dr. Gentry, isso é tratado em vários textos e abordado bastante bem no Sci.Physics Relativity FAQ (que inclui uma amostra dos textos mencionados anteriormente). A resposta completa requer uma consideração cuidadosa do tensor energia-momento e sua derivada covariante (semelhante a uma derivada padrão, mas com um termo extra para levar em conta a curvatura do espaço-tempo) e é melhor discutida nos textos. Uma possível interpretação da matemática muito complexa envolvida é que a energia que é "perdida" no cálculo do Dr. Gentry pode, na verdade, ser contabilizada na energia de curvatura da métrica. Outra interpretação é que, embora nossas noções de conservação de energia sejam suportadas no limite de campo fraco, a relatividade indica que elas não se aplicam em geral (como indicado na citação de PJE Peebles que o Dr. Gentry cita em seu artigo). Como o NRI alega ser baseado na relatividade geral, pode-se igualmente perguntar para onde vai a energia do espectro de 5400 K quando recebemos apenas o espectro muito mais avermelhado e com energia reduzida de 2.7 K no NRI; a resposta é na mesma linha.

O segundo ponto do Dr. Gentry é irrelevante. Como mencionado anteriormente na FAQ, as evidências para os desvios para o vermelho devido a desvios para o vermelho gravitacionais são muito boas, e o fato de que eles existem não está em questão aqui. De fato, se não existissem, isso seria um problema muito sério para a cosmologia padrão, pois indicaria um erro na teoria da relatividade geral, que é o núcleo da teoria do Big Bang. No entanto, ao fornecer evidências para a precisão dessas medições, o Dr. Gentry pretende implicar que os desvios para o vermelho devido à expansão cosmológica da métrica, que também deveriam ser observados nessas medições, não são observados.

Isso ignora o fato de que a métrica FLRW (Friedman, Lemaitre, Robertson e Walker), que descreve a geometria da cosmologia padrão, é considerada válida apenas nas maiores escalas (da ordem de centenas de Mpc), onde a distribuição de matéria é suavizada, enquanto todos os exemplos citados pelo Dr. Gentry referem-se a fenômenos em escalas pelo menos quatro ordens de grandeza menores. Todas essas são regiões de superdensidade que saíram da expansão de Hubble devido à sua própria gravidade. Portanto, o fato de que o espaço-tempo não se expande nessas escalas menores está perfeitamente de acordo com a previsão da cosmologia padrão de que não deveria. A menção do Dr. Gentry à aparente contradição de uma métrica em expansão ainda permitir espectros de emissão discretos (o que não é uma contradição, já que a emissão ocorre em escalas muito menores do que as da métrica FLRW, conforme explicado acima) lança sérias dúvidas sobre se o Dr. Gentry reconheceu essa distinção básica ao escrever o artigo.

Por fim, sua alegação de que o trabalho recente de Perlmutter e Riess sobre os levantamentos de supernovas apoia sua inclusão de uma densidade de energia do vácuo em seu modelo ignora o fato de que os resultados obtidos por esses dois grupos, que encontram um valor não nulo para a constante cosmológica, são apenas tais no contexto do modelo padrão de universo plano. Eles podem ser tão facilmente explicados por um modelo padrão de universo aberto. Em suma, as objeções ao modelo padrão que o Dr. Gentry lista em seu pré-impresso não são específicas da cosmologia padrão, mas sim características sutis da relatividade geral. Essas questões foram reconhecidas e resolvidas pela comunidade científica no início da história da relatividade geral e da cosmologia e as razões pelas quais os argumentos são inválidos servem como assunto comum para cursos introdutórios na área.

Conclusão

Embora o modelo do Dr. Gentry aparentemente tenha escapado à crítica por qualquer revisão que tenha ocorrido antes de ser publicado na MPLA, ao exame mais aprofundado, ele carece seriamente de rigor. Apesar das alegações de ser uma solução estática para as Equações de Campo de Einstein, o NRI, na verdade, não é. Mesmo ao assumir a simples Relação de Hubble como uma condição inicial, ele falha em corresponder à linearidade observada na variação do desvio para o vermelho com a distância. Embora seus elementos possam persistir por um curto período nas configurações que o Dr. Gentry descreve, a matéria dentro da casca de hidrogênio e a casca de hidrogênio insuficientemente massiva divergirão significativamente de suas posições iniciais em menos de um tempo de Hubble. Por fim, o NRI falha completamente em explicar a abundância observada de elementos leves. Tudo isso torna a premissa do preprint do Dr. Gentry de ter encontrado a "Genuína Pedra Roseta Cósmica" em seu NRI seriamente questionável.