AUXILIO AOS PROFESSORES BIG BANG ? N.3

         O Big Bang, o Universo Eterno e o Criacionismo

 —                                      Parte 3 AUXILIO 

Todos sabemos que a ideia de como o Universo veio a existir é um tema fascinante e a humanidade tão cedo não desistirá de perscrutá-lo. Pelo tempo que o assunto vem sendo explorado e com recursos cada vez mais avançados, representada por alguns cientistas, a humanidade acredita que brevemente encontrará a resposta. Com seu clássico Uma breve história do tempo, Stephen Hawking, surpreendeu a todos em 1988 ao assumir, depois de ter procurado contar a “história do universo”, partindo do Big Bang e chegando aos buracos negros, que “mesmo se descobrirmos uma teoria completa e unificada, não significa que seremos capazes de prever eventos em geral; e isto por duas razões. A primeira é a limitação estabelecida pelo princípio da incerteza da mecânica quântica sobre o nosso potencial de previsão. Não há nada que possamos fazer para fugir disso. Na prática, entretanto, esta primeira limitação é menos restritiva do que a segunda, que brota do fato de não podermos resolver exatamente as equações da teoria, exceto para situações muito simples. (Não podemos mesmo resolvê-las para o movimento de três corpos na teoria da gravidade de Newton, e a dificuldade aumenta com o número de corpos e a complexidade da teoria.)” (Uma breve história do tempo, pp.230-31). O grande sonho de Hawking, desde aquela época, era “encontrar” uma teoria unificada que pudesse resolver tais questões, o que seria uma “teoria definitiva do Universo”. O cientista, porém, mais lúcido naquele tempo, disse que ainda que tal teoria exista e, caso fosse descoberta, “jamais se teria certeza de que, de fato, seria a versão correta, uma vez que teorias não podem ser comprovadas” (p.229).

Vinte seis anos depois, o cosmólogo, físico teórico, professor fundador e diretor do Projeto Origens da Arizona State University, Lawrence Krauss, empolgado com as descobertas anunciadas em 17 de março do ano passado que, inclusive, conforme já foi dito no primeiro texto dessa série (O Big Bang, o Universo Eterno e o Criacionismo — Parte 1) não se confirmou, afirma em artigo assinado para Scientific American Brasil de novembro passado que, a despeito de “o júri ainda não [ter] se pronunciado sobre se realmente vimos um farol do universo primordial, não vamos ter de esperar muito para saber” (Cicatriz do Big Bang in Scientific American Brasil, p.48). Lawrence Krauss acredita que 2015 será um ano decisivo para essa questão. O que ficou conhecido popularmente por “ondas gravitacionais”, na realidade, diz Krauss, trata-se do “experimento Imageamento de Fundo de Polarização Cósmica Extragaláctica 2 (BICEP2, na sigla em inglês) no polo sul” (Ibid., p.54). Se o sinal detectado pela equipe em março passado se confirmar, será um passo decisivo “para a física de partículas”, diz o mesmo autor, pois explicará “novos fenômenos sobre a natureza das forças fundamentais”. Isso não é tudo, de acordo com Krauss, em se confirmando o sinal do BICEP2, “nossa visão empírica do Universo terá aumentado muito mais que em qualquer momento da história da humanidade”, pois será uma prova incontestável da inflação imaginada pela teoria do Big Bang. “Em primeiro lugar”, revela Krauss, “a intensidade inferida do sinal de ondas gravitacionais implica que a inflação ocorreu numa escala de energia muito próxima da escala de energia em que as três forças não gravitacionais da Natureza*, se juntaram numa grande teoria unificada, mas somente se existir uma nova simetria da Natureza — a supersimetria”. A constatação dessa última implicaria no fato da “existência de uma abundância de novas partículas com massas na faixa que pode ser verificada pelo LHC quando for reativado” (Ibidem). Existe ainda “outra explicação menos especulativa na descoberta das ondas gravitacionais da inflação”, tal refere-se ao fato de que tais “ondas poderiam ter sido geradas pela amplificação de flutuações primordiais no campo gravitacional durante a inflação”. Ele então completa dizendo que se esse “for o caso, então a gravidade deve ser descrita pela teoria quântica” (Ibidem). Em termos diretos, seria a unificação desses dois campos.

A empolgação de Krauss torna-se justificável quando se verifica que a busca de Stephen Hawking era justamente pela possibilidade de tal unificação. Não obstante, conforme o mesmo autor diz, a observação direta de tal possibilidade, baseada na física de partículas, conforme propôs Alan Guth, em 1980, ao dizer que o Universo poderia ter se inflado rapidamente logo após o Big Bang (algo que o, à época, jovem físico, chamou de “inflação, apoiando-se numa parte central do Modelo Padrão da física de partículas chamada quebra de simetria espontânea, que descreve como forças que uma vez estiveram unificadas se separaram”, p.49), assim “como no caso do campo Higgs, o campo de quebra de simetria produziria partículas massivas e exóticas, mas as massas envolvidas no processo eram muito maiores que a massa de partícula de Higgs” (p.52). O que isso significa? Significa que, para comprovar tal possibilidade, “seria necessário construir um acelerador 10 trilhões de vezes mais poderoso que o LHC para explorar diretamente as teorias que respaldam esse fenômeno” (Ibid.). As referidas teorias são chamadas de “teorias da grande unificação, ou GUTs, porque unificam as três forças do Universo — exceto a gravitação — numa única força” (Ibidem). Assim, em termos simples, Krauss diz que “apesar de a ideia da inflação ser bastante convincente, não existe até o momento qualquer teoria básica que explique exatamente como a inflação deve ter ocorrido, principalmente porque não conhecemos detalhes associados à grande unificação, como o nível exato de energia em que as forças se unificaram” (p.53). Por isso, ele especula que “enquanto teorias inflacionárias mais simples explicam boa parte do que observamos no Cosmos atualmente, diferentes versões de inflação poderiam ter criado universos totalmente diferentes”. Para saber mais, e com mediana segurança, Krauss afirma ser preciso “investigar o Universo diretamente, para encontrar evidências de inflação e, se isso de fato ocorreu”, ou seja, a ideia é “explorar detalhadamente a física envolvida” (Ibid.), algo que só pode ser feito com as ondas gravitacionais, daí a importância da confirmação do achado de março passado.

A unificação, sobretudo, da gravidade e da mecânica quântica, é um assunto “particularmente importante porque ainda não existe nenhuma teoria da gravidade quântica bem estabelecida” (p.54). A procura é por “uma teoria que descreva a gravidade usando as regras que governam o comportamento da matéria e da energia nas menores escalas possíveis”. Krauss explica que a “teoria de cordas é talvez a melhor opção até o momento, mas não há evidências de que esteja correta ou de que possa, consistentemente, resolver todos os problemas que a teoria da gravitação quântica completa deveria resolver”. O mesmo autor informa que, “como mostrou Freeman Dyson, do Institute for Advanced Study, em Princeton, Nova Jersey, não há dispositivo terrestre capaz de detectar grávitons individuais, as supostas partículas quânticas que transportam a força da gravidade, porque para isso o detector deveria ser tão grande e denso que colapsaria formando um buraco negro antes de completar uma observação”. Krauss diz então que ainda que se fizesse tudo isso, conforme especulou o mesmo Dyson, “não se pode garantir que a gravidade seja descrita por uma teoria quântica”. Por isso, Krauss anuncia com entusiasmo que, “se as ondas gravitacionais geradas pela inflação forem realmente confirmadas, o argumento de Dyson pode ser removido, ainda que permaneça uma lacuna”. Assim, continua ele, em se confirmando os achados de março de 2014 e se, “de fato, encontrarmos ondas gravitacionais da inflação, objetos clássicos (não quânticos), poderemos calcular a origem dessas ondas usando mecânica quântica”. Ainda que, admite ele, “todos os resultados da física clássica, incluindo o movimento de uma bola de beisebol em voo, não provam que a mecânica quântica está por trás deles: o movimento da bola será idêntico, mesmo se a mecânica quântica não existisse”. Assim, afirma Krauss, “precisamos provar que a geração de ondas gravitacionais pela inflação, ao contrário do movimento de uma bola de beisebol, decorre de processos quânticos”. Lawrence Krauss revela que, há pouco tempo, ele e um colega chamado Frank Wilczek, do Massachusetts Institute of Technology, fecharam essa lacuna: “Usando a técnica mais básica da física, análise dimensional, que explora fenômenos físicos representando-os nas suas unidades de massa, espaço e tempo, é possível demonstrar; em bases gerais, que o fundo de ondas gravitacionais produzido apenas pela inflação desapareceria se a constante de Planck — a quantidade que comanda a intensidade dos efeitos quânticos — desaparecesse”. A conclusão de Krauss a respeito dos achados de março último é que, “se a equipe do BICEP2 tiver realmente medido ondas gravitacionais da inflação, a gravidade precisa ser descrita por uma teoria quântica” (p.55).

Além da unificação da mecânica quântica e da gravidade, Krauss revela o que interessa ainda mais nessa pesquisa. Ele afirma que o entendimento perfeito das “origens do Universo e a questão provocativa de, por que, afinal ele existe, [depende de se] provar a inflação pela observação de ondas gravitacionais”. Tal, segundo ele, proporcionará que se torne “física concreta” o que muitos consideram atualmente uma das “maiores especulações metafísicas”. Antes de revelar o que se trata, Krauss relembra a ideia de Alan Guth de que “a inflação é produzida por um campo que armazena e libera quantidades enormes de energia durante uma transição da fase”. A partir dessa premissa ele chama a atenção para o fato de que “as características desse campo implicam que, uma vez iniciado o processo, o campo que produz a inflação tende a continuar a inflar o Universo ad infinitum”, isto é, a “inflação prosseguirá indefinidamente, impedindo a criação do Universo como o conhecemos, porque qualquer matéria e radiação preexistente terá sido diluída pela expansão, deixando nada mais que vácuo em rápida expansão”. Krauss informa que o físico Andrei Linde, da Stanford University, “descobriu uma forma de escapar desse problema”, mostrando que “logo após uma pequena região do espaço completar a transição de fase, depois de ter se expandido o suficiente, essa região pode abranger o Universo observado atualmente”. Assim, “no restante do espaço, a inflação pode continuar para sempre, com pequenas ‘sementes’ formando-se em diferentes locais onde a transição de fase pode ser completada”. O resultado é que “em cada uma dessas sementes, surgiria um universo isolado, que sofreria uma expansão quente como o Big Bang”. Nessa perspectiva ou “cenário de ‘inflação eterna’ nosso universo então integraria uma estrutura muito maior, capaz de ser infinitamente grande e, em última instância, poderia conter um número arbitrariamente gigante de universos desconexos que podem ter sido formados, podem estar se formando ou ainda se formarão”. De quebra, diz Krauss, “dependendo de como ocorre a transição de fase que termina com a inflação em cada semente, a física que rege cada universo resultante pode ser diferente”.

A especulação é conhecida como “hipótese de multiversos” e, basicamente, indica que “o nosso universo pode ser um de um número infinitamente grande de universos separados, fisicamente diferentes”. A conclusão de Krauss, ao aventar tal possibilidade, é que ela indica ser “possível que as constantes físicas que vigoram em nosso universo sejam como são por mero acaso”, isto é, “se fossem diferentes, seres como nós poderiam não ter evoluído para medi-las” (Ibid.). O problema que Krauss procura contornar aqui é o do chamado princípio antrópico que, conforme explica Hawking, “diz que o universo tem de ser mais ou menos como o vemos, porque, se fosse diferente, não haveria ninguém para observá-lo” (O Universo numa casca de noz, pp.85-87). Além disso, trata-se de “uma perspectiva diametralmente oposta ao sonho de uma teoria unificada, com total poder de previsão, na qual as leis da natureza são completas e o mundo é do jeito que é porque não poderia ser diferente” (Ibid., p.86)**. É por isso que, finalizando sua argumentação, Krauss diz que tal “noção, talvez pomposa demais conhecida como Princípio Antrópico é incompatível para muitas pessoas e leva a uma infinidade de problemas que os físicos ainda precisam resolver” e, sem dúvida alguma, como ele mesmo admite, “para muitos, multiversos e princípio antrópico indicam até que ponto a física básica pode divergir do que seria considerado ciência empírica”. É justamente por isso, por causa da metafísica envolvida na interpretação da existência do universo, que Krauss finaliza esperançoso seu artigo: “Mas se o BICEP2 (juntamente com o LHC e outros experimentos) permitirem provar o fenômeno da inflação e da grande unificação poderemos determinar inequivocamente a física fundamental que rege o Universo nessas escalas de energia e tempo”. Ele sugere que, em se confirmando os achados de março de 2014, “um dos resultados” pode ser justamente o de que “a transição inflacionária que produziu nosso universo observável requeira a inflação eterna de Linde” e, sendo assim, “embora nunca tenhamos observado diretamente outros universos, estaremos tão seguros da existência deles como estavam nossos antepassados no início do século passado em relação à existência de átomos, mesmo sem poder observá-los diretamente”.

Apesar de o modelo cosmológico do Big Bang ser aceito por grande parte dos cientistas, entre eles, os autores aqui citados, Lawrence Krauss e Stephen Hawking, este último, em sua autobiografia, afirma que sempre “ouvira falar que a luz das galáxias distantes tendia para a extremidade vermelha do espectro e que isso devia indicar que o universo estava se expandindo. (A tendência para o azul teria significado que estava se contraindo.)”. Hawking, entretanto, afirma que “tinha certeza de que deveria haver alguma outra razão para o desvio para o vermelho” (Minha breve história, p.32). O cientista lucasiano de Cambridge afirma que, dois anos depois, em seu ph.D., descobriu que estava errado. Tal conclusão, no entanto, ainda deixava o problema da área do horizonte por ser resolvido: O universo teria tido um início? Esse era o “pé na porta” da teoria para os cientistas. Assim, a ideia que estimulou Hawking foi justamente a questão de como contornar tal problema. Uma vez que a uniformidade do universo observável exigia que ele, no modelo do Big Bang, tivesse tido início em uma singularidade, diz Hawking, “era necessário [...] um espaço-tempo sem uma singularidade, como na versão euclidiana do buraco negro”. Ele então conversou com o físico estadunidense Jim Hartle “sobre como aplicar a abordagem euclidiana à cosmologia”. De acordo com tal abordagem, “o comportamento quântico do universo é dado por histórias múltiplas de Feynman no tempo imaginário”, assim, continua Hawking, “como o tempo imaginário se comporta como mais uma direção no espaço, as histórias no tempo imaginário podem ser superfícies fechadas, como a superfície da Terra, sem início ou fim”. Hawking revela então que ele e Jim decidiram “que essa era a escolha mais natural, na realidade a única escolha natural”. Eles então formularam a “proposta sem fronteira”, isto é, “que a condição de contorno do universo é que ele é fechado e sem fronteira” (Ibid., p.132).

Hawking explica que, de acordo com “a proposta sem fronteira, o início do universo foi como o polo sul da Terra, com graus de latitude assumindo a função de tempo imaginário” (Ibid., pp.132-33). Tal seria mais ou menos assim: “O universo começaria como um ponto no polo sul. À medida que nos movemos para o norte, os círculos de latitude constante, representando o tamanho do universo, se expandiriam. Perguntar o que aconteceu antes do começo do universo se tornaria assim uma questão sem sentido, já que não há nada ao sul do polo sul”. Assim, prossegue o mesmo autor, o “tempo, medido em graus de latitude, teria um começo no polo sul, mas o polo sul é muito semelhante a qualquer outro ponto do globo. As mesmas leis da natureza que vigoram no polo sul vigoram em outras partes. Isso removeria aquela objeção secular a que o universo tenha um começo — que seria um lugar onde as leis normais colapsavam. O começo do universo seria, ao contrário, governado pelas leis da ciência” (Ibid., p.133). Hawking explica que essa foi a solução que ele e o físico Jim Hartle encontraram para contornar a dificuldade científica e filosófica de que o tempo tivesse um começo, transformando-o em uma direção no espaço”. Para Hawking, a chamada “condição sem fronteira implica que o universo seja espontaneamente criado a partir do nada” (Ibidem).*** Esse é o aparato teórico criado para que o modelo do Big Bang continue sendo viável, ao mesmo tempo em que se evita o problema do início ou do que havia antes do início.

fonte CPAD 

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