Impressão artística de um Multiverso – onde o nosso Universo é apenas um entre muitos. De acordo com a… investigação, quantidades variáveis de energia negra têm pouco efeito na formação de estrelas. Isto levanta a perspectiva de vida noutros universos – se o Multiverso existir.
Jaime Salcido/simulações da Colaboração EAGLE
O Universo é tudo o que alguma vez existiu, tudo o que existe, e tudo o que existirá. Pelo menos é o que nos dizem, e é o que está implícito na própria palavra “Universo”. Mas qualquer que seja a verdadeira natureza do Universo, a nossa capacidade de recolher informação sobre ele é fundamentalmente limitada.
Só passaram 13,8 mil milhões de anos desde o Big Bang, e a velocidade máxima a que qualquer informação pode viajar – a velocidade da luz – é finita. Ainda que todo o Universo em si possa ser verdadeiramente infinito, o Universo observável é limitado. Contudo, de acordo com as principais ideias da física teórica, o nosso Universo pode ser apenas uma região minúscula de um multiverso muito maior, dentro do qual muitos Universos, talvez mesmo um número infinito, estão contidos. Parte disto é ciência real, mas outra não é mais do que um pensamento especulativo e desejoso. Eis como dizer qual é qual. Mas primeiro, um pequeno fundo.
Existe um grande conjunto de provas científicas que apoiam a imagem do Universo em expansão… e do Big Bang. Toda a energia em massa do Universo foi libertada num evento com menos de 10^-30 segundos de duração; a coisa mais enérgica de sempre na história do nosso Universo.
NASA / GSFC
O Universo de hoje tem alguns factos que são relativamente fáceis, pelo menos com instalações científicas de classe mundial, de observar. Sabemos que o Universo está em expansão: podemos medir propriedades sobre galáxias que nos ensinam tanto a sua distância como a rapidez com que parecem afastar-se de nós. Quanto mais distantes estão, mais depressa parecem recuar. No contexto da Relatividade Geral, isso significa que o Universo está em expansão.
E se o Universo está em expansão hoje, isso significa que era mais pequeno e mais denso no passado. Extrapolar suficientemente para trás, e verá que as coisas também são mais uniformes (porque a gravidade leva tempo a fazer as coisas aglomerarem-se) e mais quentes (porque comprimentos de onda menores para a luz significam energias/temperaturas mais elevadas). Isto leva-nos de volta ao Big Bang.
Uma ilustração da nossa história cósmica, desde o Big Bang até ao presente, no contexto de… o Universo em expansão. A primeira equação de Friedmann descreve todas estas épocas, desde a inflação ao Big Bang até ao presente e até ao futuro, com perfeita precisão, mesmo hoje.
NASA / WMAP science team
Mas o Big Bang não foi o início do Universo! Só podemos extrapolar de volta a uma determinada época no tempo, antes que as previsões do Big Bang se decomponham. Há uma série de coisas que observamos no Universo que o Big Bang não consegue explicar, mas uma nova teoria que estabelece o Big Bang – inflação cósmica – pode.
As flutuações quânticas que ocorrem durante a inflação são esticadas através do Universo, e quando… a inflação termina, elas tornam-se flutuações de densidade. Isto leva, com o tempo, à estrutura em grande escala no Universo de hoje, bem como às flutuações de temperatura observadas no CMB.
E. Siegel, com imagens derivadas da ESA/Planck e da task force inter-agências DoE/NASA/ NSF sobre a investigação CMB
Nos anos 80, foram trabalhadas um grande número de consequências teóricas da inflação, incluindo:
- como deveriam ser as sementes para a estrutura em grande escala,
- que as flutuações de temperatura e densidade deveriam existir em escalas maiores do que o horizonte cósmico,
- que todas as regiões do espaço, mesmo com flutuações, deveriam ter entropia constante,
- e que deveria haver uma temperatura máxima atingida pelo Big Bang quente.
Nos anos 90, 2000 e 2010, estas quatro previsões foram confirmadas de forma observável com grande precisão. A inflação cósmica é uma vitória.
A inflação faz com que o espaço se expanda exponencialmente, o que pode muito rapidamente resultar em qualquer espaço pré-existente… curvo ou não liso parecendo plano. Se o Universo é curvo, tem um raio de curvatura que é no mínimo centenas de vezes maior do que o que podemos observar.
E. Siegel (L); o tutorial de cosmologia de Ned Wright (R)
Inflação diz-nos que, antes do Big Bang, o Universo não estava cheio de partículas, antipartículas e radiação. Em vez disso, era preenchido com energia inerente ao próprio espaço, e essa energia fazia com que o espaço se expandisse a uma velocidade rápida, implacável e exponencial. A certa altura, a inflação termina, e toda (ou quase toda) essa energia é convertida em matéria e energia, dando origem ao Big Bang quente. O fim da inflação, e o que é conhecido como o reaquecimento do nosso Universo, marca o início do quente Big Bang. O Big Bang ainda acontece, mas não é o próprio começo.
A inflação prevê a existência de um enorme volume de Universo não observável para além da parte que podemos… observar. Mas dá-nos ainda mais do que isso.
E. Siegel / Beyond The Galaxy
Se esta fosse a história completa, tudo o que teríamos era um Universo extremamente grande. Teria as mesmas propriedades em todo o lado, as mesmas leis em todo o lado, e as partes que estavam para além do nosso horizonte visível seriam semelhantes ao local onde estamos, mas não seria justificadamente chamado o multiverso.
até, isto é, lembrem-se que tudo o que existe fisicamente deve ser inerentemente quântico na natureza. Mesmo a inflação, com todas as incógnitas que a rodeiam, deve ser um campo quântico.
A natureza quântica da inflação significa que ela termina em alguns “bolsos” do Universo e continua… em outros. Precisa de rolar pela colina metafórica até ao vale, mas se for um campo quântico, a propagação significa que terminará nalgumas regiões enquanto continua noutras.
E. Siegel / Beyond the Galaxy
Se então for necessário que a inflação tenha as propriedades que todos os campos quânticos têm:
- que as suas propriedades têm incertezas inerentes a elas,
- que o campo é descrito por uma função de onda,
- e os valores desse campo podem espalhar-se ao longo do tempo,
chega-se a uma conclusão surpreendente.
Quando quer que a inflação ocorra (cubos azuis), ela dá origem a exponencialmente mais regiões de espaço com… cada passo em frente no tempo. Mesmo que haja muitos cubos onde a inflação termine (Xs vermelhos), há muito mais regiões onde a inflação irá continuar no futuro. O facto de isto nunca chegar a um fim é o que torna a inflação ‘eterna’ uma vez iniciada.
E. Siegel / Beyond The Galaxy
A inflação não acaba em todo o lado ao mesmo tempo, mas sim em locais seleccionados e desconectados num determinado momento, enquanto o espaço entre esses locais continua a inflacionar. Deve haver múltiplas e enormes regiões de espaço onde a inflação termina e começa um Big Bang quente, mas nunca se podem encontrar umas às outras, pois estão separadas por regiões de espaço insuflado. Onde quer que a inflação comece, é quase garantido continuar por uma eternidade, pelo menos em locais.
Onde a inflação acaba para nós, temos um Big Bang quente. A parte do Universo que observamos é apenas uma parte desta região onde a inflação terminou, com um Universo mais inobservável para além disso. Mas há inúmeras regiões, todas desconectadas umas das outras, com a mesma história exacta.
Uma ilustração de Universos múltiplos e independentes, causalmente desconectados uns dos outros num… oceano cósmico em constante expansão, é uma representação da ideia do Multiverso. Numa região onde o Big Bang começa e a inflação termina, a taxa de expansão cairá, enquanto a inflação continua entre duas dessas regiões, separando-as para sempre.
Ozytive / Public domain
Essa é a ideia do Multiverso. Como se pode ver, baseia-se em dois aspectos independentes, bem estabelecidos e amplamente aceites da física teórica: a natureza quântica de tudo e as propriedades da inflação cósmica. Não há maneira conhecida de a medir, tal como não há maneira de medir a parte inobservável do nosso Universo. Mas as duas teorias que lhe estão subjacentes, a inflação e a física quântica, demonstraram ser válidas. Se estiverem certas, então o multiverso é uma consequência inevitável disso, e estamos a viver nele.
A ideia do multiverso afirma que há um número arbitrariamente grande de Universos como o nosso, mas… isso não significa necessariamente que haja outra versão de nós lá fora, e certamente não significa que haja qualquer hipótese de encontrar uma versão alternativa de si próprio… ou de qualquer coisa de outro Universo.
Lee Davy / flickr
Então o quê? Isso não é muito, pois não? Há muitas consequências teóricas que são inevitáveis, mas que não podemos conhecer com certeza, porque não as podemos testar. O multiverso é um numa longa linha dessas. Não é uma realização particularmente útil, apenas uma previsão interessante que cai fora destas teorias.
Então porque é que tantos físicos teóricos escrevem artigos sobre o multiverso? Sobre os Universos paralelos e a sua ligação aos nossos através deste multiverso? Porque é que eles afirmam que o multiverso está ligado à paisagem de cordas, à constante cosmológica, e mesmo ao facto de o nosso Universo estar afinado para a vida?
Porque embora seja obviamente uma má ideia, eles não têm nenhuma melhor.
A paisagem de cordas pode ser uma ideia fascinante e cheia de potencial teórico, mas… não prevê nada que possamos observar no nosso Universo. Esta ideia de beleza, motivada pela resolução de problemas ‘não naturais’, não é por si só suficiente para subir ao nível exigido pela ciência.
Universidade de Cambridge
No contexto da teoria das cordas, existe um enorme conjunto de parâmetros que, em princípio, poderiam assumir quase qualquer valor. A teoria não faz previsões para eles, pelo que temos de os colocar à mão: os valores de expectativa da corda vacua. Se já ouviu falar de números incrivelmente grandes como o famoso 10500 que aparece na teoria das cordas, os possíveis valores do string vacua são aquilo a que eles se referem. Não sabemos o que são, nem por que razão têm os valores que fazem. Ninguém sabe como calculá-los.
Uma representação dos diferentes “mundos” paralelos que possam existir noutros bolsos do… multiverso.
Domínio público
Então, em vez disso, algumas pessoas dizem “é o multiverso! A linha de pensamento é assim:
- Não sabemos porque é que as constantes fundamentais têm os valores que têm.
- Não sabemos porque é que as leis da física são o que são.
- A teoria das cordas é um quadro que nos poderia dar as nossas leis da física com as nossas constantes fundamentais, mas que nos poderia dar outras leis e/ou outras constantes.
- Por isso, se tivermos um enorme multiverso, onde muitas regiões diferentes têm leis e/ou constantes diferentes, uma delas poderia ser a nossa.
O grande problema é que não só isto é enormemente especulativo, como não há razão, dada a inflação e a física quântica que conhecemos, para presumir que um espaço de tempo insuflável tem leis ou constantes diferentes em regiões diferentes.
Não está impressionado com esta linha de raciocínio? Nem praticamente mais ninguém.
Quão provável ou improvável era o nosso Universo produzir um mundo como a Terra? E quão plausíveis seriam essas… probabilidades se as constantes fundamentais ou as leis que governam o nosso Universo fossem diferentes? Um Universo Fortunado, de cuja capa foi tirada esta imagem, é um desses livros que explora estas questões.
Geraint Lewis e Luke Barnes
Como já expliquei anteriormente, o Multiverso não é uma teoria científica por si só. É antes uma consequência teórica das leis da física, tal como são melhor compreendidas hoje em dia. É talvez até uma consequência inevitável dessas leis: se tivermos um Universo inflacionário governado pela física quântica, isto é algo com que estamos praticamente obrigados a acabar. Mas – tal como a Teoria das Cordas – tem alguns grandes problemas: não prevê nada que tenhamos observado e não possamos explicar sem ela, e não prevê nada definitivo que possamos ir procurar.
Visualização de um cálculo da teoria de campo quântico mostrando partículas virtuais no vácuo quântico…. Mesmo no espaço vazio, esta energia de vácuo não é zero. Se tem o mesmo valor constante noutras regiões do multiverso é algo que não podemos saber, mas não há motivação para que seja assim.
Derek Leinweber
Neste Universo físico, é importante observar tudo o que podemos, e medir cada pedaço de conhecimento que podemos colher. Só a partir do conjunto completo de dados disponíveis podemos esperar tirar conclusões científicas válidas sobre a natureza do nosso Universo. Algumas dessas conclusões terão implicações que poderemos não ser capazes de medir: a existência do multiverso surge a partir disso. Mas quando as pessoas argumentam que podem tirar conclusões sobre constantes fundamentais, as leis da física, ou os valores de cordel vacua, já não estão a fazer ciência; estão a especular. O pensamento desejoso não substitui os dados, as experiências ou os observáveis. Enquanto não os tivermos, saibam que o multiverso é uma consequência da melhor ciência que temos hoje disponível, mas não faz quaisquer previsões científicas que possamos pôr à prova.