Em 1929, o astrónomo americano Edwin Hubble descobriu que, qualquer que fosse a direcção em que observasse, as outras galáxias se estavam a afastar da Via Láctea. Quanto mais distante estivesse a galáxia observada, maior era a velocidade a que se afastava de nós. Este resultado foi interpretado como tendo origem na expansão do Universo e não significa, como pode parecer à primeira vista, que somos o centro do Universo. Para percebermos melhor, podemos fazer a analogia com um pão de passas colocado no forno. À medida que o tempo passa, o pão cresce e as passas distanciam-se umas das outras; assim, cada passa "vê" que todas as outras se afastam dela. O mesmo se passa com cada galáxia no Universo.Em 1992, a observação de supernovas (estrelas que explodem com a libertação de grande quantidade de energia e atingem uma luminosidade tão grande que permite que sejam observadas mesmo a grandes distâncias da Terra), levou à descoberta surpreendente de que estas parecem menos brilhantes, e portanto estão mais longe, do que se previa. Isto significa que a expansão do Universo é cada vez mais rápida, isto é, está a acelerar.
Não se sabe o que causa esta aceleração da expansão do Universo. A possibilidade mais estudada é a da existência da chamada energia escura, uma substância não luminosa que permeia o Universo e que dará origem a uma gravidade repulsiva, uma espécie de anti-gravidade, que causa o afastamento entre si dos objectos com massa. Esta energia escura poderia ser apenas uma densidade de energia constante no tempo, homógenea e isotrópica no espaço, a densidade de energia do vácuo.
Esta possibilidade foi prevista por Einstein por volta de 1917, quando introduziu um novo termo na sua equação fundamental para a Relatividade Geral, a que chamou a constante cosmológica. Ironicamente, Einstein introduziu esse termo para obter uma solução das equações da Relatividade Geral que descrevesse um Universo estático, eterno e imutável.
Quando Hubble descobriu a expansão do Universo, Einstein chegou a considerar que a introdução da constante cosmológica teria sido o maior erro da sua vida. Depois da descoberta da aceleração cósmica, é possível que a constante cosmológica seja afinal mais um dos grandes legados de Einstein para a Física.
Infelizmente, a constante cosmológica conduz a problemas teóricos graves e os físicos, ao mesmo tempo que tentam resolver estes problemas, têm estudado outras possibilidades para explicar a expansão acelerada do Universo; no entanto, a constante cosmológica continua a ser a hipótese mais simples que explica as observações recentes das supernovas distantes.
As observações cada vez mais precisas que se fazem em astronomia permitem concluir que cerca de 95 por cento da massa do Universo é escura e a sua natureza é desconhecida. A energia escura, em particular, representa cerca de 70 por cento da massa total do Universo e a sua existência tem profundas implicações sobre o seu destino e composição.
Por exemplo, relativamente ao destino do Universo, e antes da descoberta da aceleração cósmica, pensava-se que havia três possiblidades, que estavam essencialmente ligadas à sua geometria: se a sua curvatura fosse positiva, como a superfície de uma esfera (numa analogia em duas dimensões), a expansão reverter-se-ia e acabaria por colapsar novamente. Se a curvatura fosse negativa, como uma sela (ou de uma batata frita Pringles!) o Universo expandir-se-ia para sempre. Se fosse plana, como uma folha de papel, a expansão iria desacelerando mas o Universo nunca colapsaria.
A descoberta da aceleração cósmica reabre a questão do destino do Universo. Em particular, a relação unívoca entre geometria e destino é quebrada, embora se mantenham três possibilidades: se a densidade de energia escura permanecer constante, como no caso da constante cosmológica, a expansão vai continuar a acelerar e dentro de alguns mil milhões de anos seremos capazes de observar apenas uma pequena fracção dos mais de mil milhões de galáxias que observamos hoje. Por outro lado, se a energia escura variar no tempo, é possível que a sua densidade diminua no futuro, em comparação com a densidade de matéria, e o Universo comece a desacelerar, podendo mesmo conduzir a um recolapso. A possibilidade mais radical é de que a energia escura aumente com o tempo e daqui a muitos mil milhões de anos venha a causar a destruição de todas as galáxias, estrelas e átomos existentes no Universo.

Este é o sétimo de uma série
de artigos de professores
e investigadores do Instituto
Superior Técnico, que serão
publicados aos domingos,
para comemorar o Ano
Internacional da Física