A física moderna transformou a compreensão humana sobre o Universo. Teorias como a relatividade geral de Albert Einstein e a mecânica quântica explicam fenômenos que vão desde o movimento dos planetas até o comportamento de partículas subatômicas.

Apesar dos avanços, algumas das questões mais importantes da ciência continuam sem resposta. Pesquisadores ainda tentam entender a natureza da matéria escura, a origem do Universo e como unir as leis que governam o mundo microscópico e o cosmos.

Abaixo, confira cinco dos maiores mistérios da física moderna.

O que é a matéria escura?

Astrônomos sabem que galáxias e aglomerados galácticos se comportam como se existisse muito mais matéria do que aquela que pode ser observada diretamente.

Essa substância invisível recebeu o nome de matéria escura. Ela não emite, absorve e tampouco reflete luz, mas sua presença pode ser identificada pelos efeitos gravitacionais que exerce sobre estrelas, galáxias e outras estruturas cósmicas.

Diversos experimentos tentam detectar as partículas que poderiam compor essa matéria invisível, mas nenhuma evidência conclusiva foi encontrada até agora.

O que é a energia escura?

Em 1998, duas equipes independentes de astrônomos descobriram que a expansão do Universo está acelerando. Para explicar esse fenômeno, os cientistas propuseram a existência da chamada energia escura, uma forma de energia que parece atuar em escala cósmica e impulsionar a expansão do espaço.

Atualmente, estima-se que a energia escura represente cerca de 68% do Universo. Apesar disso, sua natureza permanece desconhecida.

Alguns modelos sugerem que ela faz parte da própria estrutura do espaço-tempo. Outros indicam que pode estar relacionada a fenômenos físicos ainda não compreendidos.

Como unir a gravidade e a mecânica quântica?

A física moderna é sustentada por duas teorias fundamentais. A relatividade geral, desenvolvida por Albert Einstein, descreve a gravidade e o comportamento de objetos muito massivos, como estrelas, galáxias e buracos negros. Já a mecânica quântica explica o funcionamento das partículas subatômicas e das forças que atuam em escalas microscópicas.

O problema é que essas teorias funcionam muito bem separadamente, mas entram em conflito quando aplicadas a situações extremas, como o interior dos buracos negros ou os instantes iniciais do Universo.

Por isso, físicos buscam há décadas uma teoria da gravidade quântica capaz de unificar essas duas descrições da natureza. Entre as propostas mais conhecidas estão a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop, mas nenhuma delas foi confirmada experimentalmente.

O que existia antes do Big Bang?

Os cientistas conseguem reconstruir com grande precisão boa parte da história cósmica após os primeiros instantes de expansão. No entanto, a origem do próprio Big Bang continua sendo uma questão em aberto.

Alguns modelos sugerem que o Universo pode ter surgido a partir de ciclos anteriores de expansão e contração. Outros propõem que espaço e tempo tenham começado no próprio Big Bang, o que tornaria sem sentido a ideia de um "antes".

Até o momento, não existe consenso científico sobre o que aconteceu nos momentos que antecederam o nascimento do Universo.