Caros Leitores;
O Big Bang é a nossa visão tradicional da
origem do Universo
PERGUNTA
DO LEITOR: "Meu entendimento é que nada vem do nada. Para que algo exista,
deve haver material ou um componente disponível, e para que eles estejam
disponíveis, deve haver algo mais disponível. Agora minha pergunta: de onde
veio a matéria que criou o Big Bang, e o que aconteceu, inicialmente, para
criar esse material?" - Peter, 80 anos, Austrália.
"A
última estrela irá esfriar lentamente e desaparecer. Com isso, o Universo se
tornará mais uma vez um vazio, sem luz, vida ou significado." Assim
alertou o físico Brian Cox na recente série Universe, da BBC.
O
desaparecimento da última estrela será apenas o início de uma época
infinitamente longa e escura. Toda a matéria será eventualmente consumida por
buracos negros monstruosos, que por sua vez irão evaporar nos mais tênues
lampejos de luz.
O espaço se
expandirá cada vez mais para fora até que mesmo aquela luz fraca se torne muito
espalhada para interagir. A atividade cessará.
Ou não? Estranhamente, alguns cosmólogos acreditam que um Universo
anterior, frio, escuro e vazio, como aquele que está em nosso futuro distante,
poderia ter sido a fonte de nosso próprio Big Bang.
Isso
nos leva à chamada "era da grande unificação". Agora, estamos bem no
reino da física especulativa, pois não podemos produzir energia suficiente em
nossos experimentos para sondar o tipo de processo que estava acontecendo na
época.
Mas uma hipótese plausível é que o mundo físico era feito de uma
sopa de partículas elementares de vida curta - incluindo quarks, os blocos de
construção de prótons e nêutrons.
Havia matéria e
"antimatéria" em quantidades aproximadamente iguais: cada tipo de
partícula de matéria, como o quark, tem um companheiro "imagem
espelhada" de antimatéria, que é quase idêntico a si mesmo, diferindo apenas
em um aspecto.
No entanto, matéria e
antimatéria se aniquilam em um lampejo de energia quando se encontram, o que
significa que essas partículas foram constantemente criadas e destruídas.
Mas como essas partículas passaram a existir em primeiro lugar?
A teoria quântica de campos nos diz que mesmo um vácuo, supostamente
correspondendo ao espaço-tempo vazio, está cheio de atividade física na forma
de flutuações de energia.
Essas flutuações podem
dar origem ao surgimento de partículas, que desaparecem logo em seguida. Isso
pode soar mais como uma peculiaridade matemática do que como física real, mas
tais partículas foram detectadas em incontáveis experimentos.
O estado de vácuo do
espaço-tempo está fervilhando com partículas sendo constantemente criadas e destruídas,
aparentemente "do nada". Mas talvez tudo isso realmente nos diga que
o vácuo quântico é (apesar do nome) alguma coisa em vez de nada.
O filósofo David Albert criticou de forma memorável os relatos
do Big Bang que prometem obter algo do nada dessa forma.
Suponha que perguntemos:
de onde surgiu o próprio espaço-tempo? Então, podemos continuar girando o
relógio ainda mais para trás, na verdadeiramente antiga "Era de
Planck" - um período tão antigo na história do Universo que nossas
melhores teorias da física entram em colapso.
Essa era ocorreu apenas
um décimo milionésimo de um trilionésimo de um trilionésimo de um trilionésimo
de segundo após o Big Bang. Nesse ponto, o próprio espaço e o tempo ficaram
sujeitos às flutuações quânticas.
Os físicos normalmente
trabalham separadamente com a mecânica quântica, que rege o micromundo das
partículas, e com a relatividade geral, que se aplica a grandes escalas
cósmicas. Mas para compreender verdadeiramente a Era de Planck, precisamos de
uma teoria completa da gravidade quântica, fundindo as duas.
Ainda não temos uma
teoria perfeita da gravidade quântica, mas existem tentativas - como a teoria
das cordas e a gravidade quântica em loop. Nessas tentativas, o espaço e o
tempo comuns são tipicamente vistos como emergentes, como as ondas na
superfície de um oceano profundo.
O que experimentamos
como espaço e tempo é o produto de processos quânticos operando em um nível
microscópico mais profundo - processos que não fazem muito sentido para nós
como criaturas enraizadas no mundo macroscópico.
De onde surgiu o próprio
espaço-tempo?
Na Era de Planck, nosso
entendimento comum de espaço e tempo se desintegra, então não podemos mais
confiar em nosso entendimento comum de causa e efeito também. Apesar disso,
todas as candidatas a teoria da gravidade quântica descrevem algo físico que
estava acontecendo na Era de Planck - algum precursor quântico do espaço e
tempo. Mas de onde veio isso?
Mesmo
que a causalidade não se aplique mais de forma comum, ainda pode ser possível
explicar um componente do Universo da Era de Planck em termos de outro.
Infelizmente, até agora mesmo nossa melhor física falha completamente em
fornecer respostas.
Enquanto não
progredirmos em direção a uma "teoria de tudo", não seremos capazes
de dar uma resposta definitiva. O máximo que podemos dizer com segurança neste
estágio é que a física até agora não encontrou exemplos confirmados de algo
surgindo do nada.
Ciclos de quase nada
Para responder
verdadeiramente à questão de como algo pode surgir do nada, precisaríamos
explicar o estado quântico de todo o Universo no início da Era de Planck. Todas
as tentativas de fazer isso permanecem altamente especulativas.
Alguns deles apelam a
forças sobrenaturais como um designer. Mas outras explicações candidatas
permanecem dentro do reino da física - como um multiverso, que contém um número
infinito de Universos paralelos, ou modelos cíclicos do universo, nascendo e
renascendo novamente.
O físico Roger Penrose,
ganhador do Prêmio Nobel de 2020, propôs um modelo intrigante, mas controverso,
para um universo cíclico denominado "cosmologia cíclica conformada".
Penrose foi inspirado
por uma conexão matemática interessante entre um estado muito quente, denso e
pequeno do Universo - como era no Big Bang - e um estado extremamente frio,
vazio e expandido do Universo - como será em um futuro distante.
Sua teoria radical para
explicar essa correspondência é que esses estados se tornam matematicamente
idênticos quando levados aos seus limites. Por mais paradoxal que pareça, uma
ausência total de matéria pode ter conseguido dar origem a toda a matéria que
vemos ao nosso redor em nosso Universo.
Nessa visão, o Big Bang
surge de um quase nada. É o que sobrou quando toda a matéria em um Universo foi
consumida em buracos negros, que por sua vez se transformaram em fótons -
perdidos em um vazio.
Todo o universo,
portanto, surge de algo que - visto de outra perspectiva física - é o mais
próximo que se pode chegar de nada. Mas esse nada ainda é um tipo de coisa.
Ainda é um universo físico, embora vazio.
Como pode o mesmo estado
ser um universo frio e vazio de uma perspectiva e um universo quente e denso de
outra? A resposta está em um procedimento matemático complexo denominado
"reescalonamento conformado", uma transformação geométrica que na
verdade altera o tamanho de um objeto, mas deixa sua forma inalterada.
Penrose mostrou como o
estado denso frio e o estado denso quente podem ser relacionados por tal
reescalonamento, de modo que eles correspondam com respeito às formas de seus
espaços-tempos - embora não com seus tamanhos.
É,
reconhecidamente, difícil entender como dois objetos podem ser idênticos desta
forma quando têm tamanhos diferentes - mas Penrose argumenta que o tamanho é um
conceito que deixa de fazer sentido em tais ambientes físicos extremos.
Na cosmologia cíclica
conformada, a direção da explicação vai do velho e frio para o jovem e quente:
o estado quente denso existe por causa do estado frio e vazio. Mas esse
"por causa" não é o familiar - de uma causa seguida no tempo por seu
efeito. Não é apenas o tamanho que deixa de ser relevante nesses estados
extremos: o tempo também.
O estado denso frio e o estado denso quente estão, na verdade,
localizados em linhas do tempo diferentes. O estado frio e vazio continuaria
para sempre da perspectiva de um observador em sua própria geometria temporal,
mas o estado quente denso que dá origem efetivamente habita uma nova linha do
tempo própria.
Nos limites do nosso
conhecimento, a física e a filosofia tornam-se difíceis de separar
Pode ajudar a entender o
estado quente denso como produzido a partir do estado frio e vazio de alguma
forma não causal. Talvez devêssemos dizer que o estado quente denso emerge do
estado frio, ou está alicerçado nele, ou é realizado pelo estado vazio e frio.
Essas são ideias
distintamente metafísicas que foram exploradas extensivamente pelos filósofos
da ciência, especialmente no contexto da gravidade quântica, onde a causa e o
efeito comuns parecem se desfazer. Nos limites do nosso conhecimento, a física
e a filosofia tornam-se difíceis de separar.
Evidência experimental?
A cosmologia cíclica
conformada oferece algumas respostas detalhadas, embora especulativas, à
questão de onde veio nosso Big Bang. Mas mesmo que a visão de Penrose seja
justificada pelo futuro progresso da cosmologia, podemos pensar que ainda não
teríamos respondido a uma questão filosófica mais profunda - uma questão sobre
de onde veio a própria realidade física.
Como surgiu todo o sistema
de ciclos? Então, finalmente terminamos com a pura questão de por que existe
algo em vez de nada - uma das maiores questões da metafísica.
Mas nosso foco aqui está
nas explicações que permanecem dentro do reino da física. Existem três opções
amplas para a questão mais profunda de como os ciclos começaram. Poderia não
ter explicação física alguma.
Ou pode haver ciclos que
se repetem infinitamente, cada um sendo um universo por si só, com o estado
quântico inicial de cada universo explicado por alguma característica do
universo anterior. Ou pode haver um único ciclo e um único universo repetido,
com o início desse ciclo explicado por alguma característica de seu próprio
fim.
As duas últimas
abordagens evitam a necessidade de quaisquer eventos não causados - e isso
lhes dá um apelo distinto. Nada seria deixado sem explicação pela física.
Para Penrose, cada ciclo
envolve eventos quânticos aleatórios que ocorrem de uma maneira diferente - o
que significa que cada ciclo será diferente dos anteriores e posteriores. Na
verdade, essa é uma boa notícia para os físicos experimentais, porque pode nos
permitir vislumbrar o antigo Universo que deu origem ao nosso através de traços
tênues, ou anomalias, na radiação residual do Big Bang vista pelo satélite
Planck.
Penrose e seus
colaboradores acreditam que já podem ter detectado esses traços, atribuindo
padrões nos dados do Planck à radiação de buracos negros supermassivos no Universo
anterior. No entanto, suas alegadas observações foram contestadas por outros
físicos e o júri permanece fora.
Novos ciclos infinitos são a chave para a própria visão de
Penrose. Mas existe uma maneira natural de converter a cosmologia cíclica
conformada de um ciclo múltiplo para um ciclo único. Então a realidade física
consiste em um único ciclo a partir do Big Bang até um estado máximo de vazio
no futuro distante - e então retorna novamente até o mesmo Big Bang, dando
origem ao mesmo Universo novamente.
Roger Penrose recebeu o
Prêmio Nobel de Física por seu trabalho sobre singularidades
Esta última
possibilidade é consistente com outra interpretação da mecânica quântica,
apelidada de interpretação de muitos mundos.
A interpretação
de muitos mundos nos diz que cada vez que medimos um sistema que está em
superposição, essa medição não seleciona um estado aleatoriamente. Em vez disso,
o resultado da medição que vemos é apenas uma possibilidade - aquela que ocorre
em nosso próprio Universo.
Todos os outros resultados de medição
atuam em outros universos em um multiverso,
efetivamente separados do nosso. Portanto, não importa quão pequena seja a
chance de algo ocorrer, se tiver uma chance diferente de zero, então ocorre em
algum mundo quântico paralelo.
Existem pessoas como você
em outros mundos que ganharam na loteria, ou foram arrastadas para as nuvens
por um tufão anormal, ou se incendiaram espontaneamente, ou fizeram as três
coisas ao mesmo tempo.
Algumas pessoas
acreditam que esses Universos paralelos também podem ser observáveis em dados
cosmológicos, como impressões causadas por outro Universo colidindo com o
nosso.
A teoria quântica de
muitos mundos oferece uma nova reviravolta na cosmologia cíclica conformada,
embora Penrose não concorde com ela. Nosso Big Bang pode ser o renascimento de
um único multiverso quântico, contendo infinitos universos diferentes, todos
ocorrendo juntos. Tudo o que é possível acontece - então, acontece de novo, de
novo e de novo.
Para Penrose, cada ciclo envolve
eventos quânticos aleatórios que ocorrem de uma maneira diferente
Um mito antigo
Para um filósofo da
ciência, a visão de Penrose é fascinante. Ele abre novas possibilidades para
explicar o Big Bang, levando nossas explicações além de causa e efeito comuns.
É, portanto, um grande caso de teste para explorar as diferentes maneiras pelas
quais a física pode explicar nosso mundo. Ele merece mais atenção dos
filósofos.
Para um amante de mitos,
a visão de Penrose é bela. Na forma multi-ciclo preferida de Penrose, ele
promete novos mundos infinitos nascidos das cinzas de seus ancestrais. Em sua
forma de um ciclo, é uma notável re-invocação moderna da antiga ideia do ouro boros,
ou serpente-do-mundo.
Na mitologia nórdica, a
serpente Jörmungandr é filha de Loki, um malandro astuto, e do gigante
Angrboda. Jörmungandr consome sua própria cauda, e o círculo criado sustenta
o equilíbrio do mundo. Mas o mito do ouro boros foi documentado em todo o mundo
- inclusive desde o antigo Egito.
O ouroboros de um
universo cíclico é realmente majestoso. Ele contém dentro de sua barriga nosso
próprio Universo, bem como cada um dos estranhos e maravilhosos universos
alternativos possíveis permitidos pela física quântica - e no ponto onde sua
cabeça encontra sua cauda, está completamente vazio, mas também fluindo com
energia em temperaturas de cem mil milhões de bilhões de trilhões de graus
Celsius. Até Loki, o metamorfo, ficaria impressionado.
*Alastair Wilson é professor de Filosofia na Universidade de
Birmingham (Reino Unido)
Este artigo foi publicado originalmente no site de notícias
acadêmicas The Conversation e republicado aqui sob uma licença Creative
Commons. Leia aqui a versão original (em inglês).
Por Alastair Wilson /
Fonte: BBC.com
https://www.bbc.com/portuguese/geral-59869849
Obrigado
pela sua visita e volte sempre!
Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os
conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration),
ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A
partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB),
como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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