Copyright do texto: © 2012, Simon & Schuster Copyright
da tradução: © 2013, Alessandra Cavalli Esteche
Copyright da edição: © 2013, Editora Paz e Terra
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CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ K91u Krauss, Lawrence M.

Um universo que veio do nada [recurso eletrônico]: porque há criação sem criador / Lawrence M.

Krauss; tradução Alessandra Cavalli Esteche.

-1.

ed.

-São Paulo: Paz e Terra, 2016.

recurso digital Tradução de: A universe from nothing : why there is something rather than nothing.

Formato: epub Requisitos do sistema: adobe digital editions Modo de acesso: world wide web Inclui índice ISBN 978-85-7753-348-0 (recurso eletrônico) 1.

Cosmologia.

2.

Livros eletrônicos.

I.

Esteche, Alessandra Cavalli.

II.

Título.

16-33361 CDD: 523.

1 CDU: 524 PARA THOMAS, PATTY, NANCY E ROBIN, POR ME INSPIRAREM A CRIAR ALGO A PARTIR DO NADA.

.

.

 NESTE  LOCAL,  EM  1897,  NADA  ACONTECEU.

—  PLACA  NA  PAREDE  DA  WOODY  CREEK  TAVERN,  WOODY  CREEK,  COLORADO   Sumário  PREFÁCIO  1  Uma  história  de  mistério  cósmica:  Inícios  2  Uma  história  de  mistério  cósmica:  Pesando  o  Universo  3  Luz  do  início  dos  tempos  4  Muito  barulho  por  nada  5  Universo  em  fuga  6  O  almoço  grátis  no  fim  do  Universo  7  Nosso  futuro  infeliz  8  Um  grande  acidente?  9  Nada  é  alguma  coisa  10  O  nada  é  instável  11  Admiráveis  mundos  novos     EPÍLOGO    POSFÁCIO  RICHARD  DAWKINS  ÍNDICE  REMISSIVO     PREFÁCIO    Sonho  ou  pesadelo,  temos  de  viver  nossa  experiência  como  ela  é,  e  temos  de  vivê-la  acordados.

Vivemos em um mundo impregnado pela ciência, tão inteiro quanto real.

Não podemos transformá-lo em um jogo apenas escolhendo lados.

Jacob  Bronowski    PARA  SER  BEM  HONESTO  desde  o  início,  devo  admitir  que  não  simpatizo  com  a  ideia  de  que  a  criação  exige  um  criador,  base  de  todas  as  religiões  do  mundo.

Todos os dias, belos e extraordinários objetos aparecem de repente, de flocos de neve em uma manhã fria de inverno a vibrantes arco-íris que surgem após uma chuva de fim de tarde no verão.

Mas ninguém além do fundamentalista mais ardente sugeriria que todo e cada objeto é criado amorosa, meticulosa e, o mais importante, propositadamente por uma inteligência divina.

Na verdade, muitos leigos, assim como cientistas, se deleitam com nossa capacidade de explicar como flocos de neve e arco-íris podem aparecer de forma espontânea com base nas leis simples e elegantes da física.

É  claro  que  alguém  pode  perguntar,  e  muitos  o  fazem,  “de  onde  vêm  essas  leis  da  física?”  e,  mais  sugestivamente,  “quem  criou  essas  leis?”.

Mesmo que essas questões possam ser respondidas, o suplicante, então, perguntará “mas de onde veio isso?” ou “quem criou isso?”, e assim por diante.

Eventualmente,  muitas  pessoas  sensatas  são  levadas  à  necessidade  aparente  de  uma  Primeira  Causa,  como  Platão,  Tomás  de  Aquino  ou  a  Igreja  Católica  Romana  moderna  poderiam  colocar,  e,  assim,  supor  a  existência  de  um  ser  divino:  um  criador  de  tudo  o  que  existe  e  de  tudo  o  que  venha  a  existir,  alguém  ou  algo  eterno  e  onipresente.

No  entanto,  a  declaração  de  uma  Primeira  Causa  ainda  deixa  aberta  a  questão:  “Quem  criou  o  criador?”  Afinal,  qual  é  a  diferença  entre  argumentar  a  favor  de  um     criador  de  existência  eterna  ou  de  um  Universo  de  existência  eterna  sem  criador  algum?    Essas  discussões  sempre  me  fazem  lembrar  a  famosa  história  do  especialista  que  dá  uma  palestra  sobre  as  origens  do  Universo  (ora  identificado  como  Bertrand  Russell,  ora  como  William  James)  e  é  desafiado  por  uma  mulher  que  acredita  que  o  mundo  é  sustentado  por  uma  tartaruga  gigante,  que  por  sua  vez  é  sustentada  por  outra  tartaruga,  e  então  outras  tartarugas  “até  lá  embaixo”!  Uma  regressão  infinita  de  uma  força  criativa  que  gera  a  si  mesma,  mesmo  uma  força  imaginada  maior  que  tartarugas,  está  longe  do  que  quer  que  tenha  dado  origem  ao  Universo.

Ainda assim, a metáfora da regressão infinita pode, na verdade, estar mais próxima do processo real pelo qual o Universo veio a existir do que um único criador poderia explicar.

Argumentar  que  Deus  é  a  origem  de  tudo  pode  parecer  afastar  o  problema  da  regressão  infinita,  mas  aí  invoco  meu  mantra:  o  Universo  é  como  é,  quer  gostemos  ou  não.

A existência ou não de um criador independe de nossos desejos.

Pode parecer difícil ou sem sentido imaginar um mundo sem Deus ou sem propósito, mas só isso não torna obrigatória a existência de Deus.

Do  mesmo  modo,  talvez  não  sejamos  capazes  de  compreender  infinitos  com  facilidade  (embora  a  matemática,  um  produto  da  nossa  inteligência,  lide  com  eles  muito  bem),  mas  isso  não  quer  dizer  que  infinitos  não  existem.

Nosso Universo poderia ser infinito em extensão espacial ou temporal.

Ou, como Richard Feynman afirmou certa vez, as leis da física podem ser comparadas a uma cebola de camadas infinitas, com novas leis se tornando operacionais conforme exploramos novas escalas.

Simplesmente não sabemos! Por mais de 2 mil anos, a pergunta “Por que existe algo em vez de nada?” tem sido apresentada como um desafio à proposição de que nosso Universo — que contém um vasto complexo de estrelas, galáxias, humanos e sabe-se lá o que mais — pode ter surgido sem projeto, intenção ou objetivo.

Embora a questão seja geralmente enquadrada de forma religiosa ou filosófica, ela fala, antes e mais importante, sobre o mundo natural.

Então, o espaço mais apropriado para tentar resolvê-la é, antes e mais importante, a ciência.

O objetivo deste livro é simples.

Quero mostrar como a ciência moderna, em vários aspectos, pode e está abordando o porquê de existir algo em vez de nada.

As respostas que temos obtido — de observações experimentais estarrecedoramente belas, assim como de teorias que são a base de grande parte da física moderna — sugerem que algo surgir do nada não é um problema.

De fato, algo surgir do nada deve ter sido uma exigência para que o Universo viesse a existir.

Além disso, os sinais indicam que foi assim que nosso Universo deve ter surgido.

Enfatizo  a  palavra  deve  porque  talvez  nunca  tenhamos  informação  empírica  suficiente  para  responder  corretamente  a  essa  questão.

Mas com certeza é significativo, pelo menos para mim, o fato de que um Universo que surgiu do nada é, no mínimo, plausível.

Antes  de  continuar,  quero  dedicar  algumas  palavras  à  noção  de  “nada”  —  um  tópico  em  que  me  aprofundarei  mais  adiante.

Aprendi que, ao discutir esse ponto em fóruns públicos, nada chateia mais os filósofos e teólogos que discordam de mim do que a ideia de que eu, como cientista, não entendo o “nada”.

(Sou tentado a replicar aqui que teólogos são especialistas em nada.

) O “nada”, eles insistem, não é nenhuma das coisas que eu discuto.

Nada é “não ser”, em um sentido vago e maldefinido.

Isso lembra meus próprios esforços em definir “design inteligente” quando comecei a debater com criacionistas: ficou evidente não haver definição clara, exceto dizer o que ele não é.

O “design inteligente” é simplesmente um guarda-chuva unificador para fazer oposição à evolução.

Do mesmo modo, alguns filósofos e muitos teólogos definem e redefinem o “nada” como nenhuma das versões que cientistas descrevem atualmente.

Mas  aí,  na  minha  opinião,  reside  a  falência  intelectual  de  grande  parte  da  teologia  e  de  alguma  parte  da  filosofia  moderna.

Claramente, o “nada” é tão físico quanto o “algo”, principalmente se for definido como a “ausência de algo”.

Então, cabe a nós entender exatamente a natureza física de ambos.

E, sem a ciência, qualquer definição são apenas palavras.

Há  aproximadamente  um  século,  se  alguém  descrevesse  o  “nada”  referindo-se  puramente  ao  espaço  vazio,  sem  entidade  material  real,  não  teria  contra- argumentação.

No entanto, os resultados dos últimos cem anos nos ensinaram que o espaço vazio, na verdade, está longe do nada inviolável que pressupusemos antes de saber mais sobre como a natureza funciona.

Agora, críticos religiosos me dizem que não posso me referir ao espaço vazio como o “nada”, mas sim como um “vácuo quântico”, para distingui-lo do “nada” idealizado por filósofos ou teólogos.

Que seja.

Mas e se quisermos descrever o “nada” como a própria ausência de espaço e tempo? É suficiente? Mais uma vez, acho que teria sido.

um dia.

Por outro lado, conforme devo explicar mais adiante, aprendemos que o espaço e o tempo podem aparecer de forma espontânea, e agora nos dizem que mesmo esse “nada” não é exatamente o que importa.

E dizem que a fuga do “nada” real exige divindade, assim sendo definido que “apenas Deus pode criar algo”.

Muitas  pessoas  com  quem  debati  a  questão  também  sugeriram  que,  se  existe  um  “potencial”  para  criar  alguma  coisa,  então  não  há  um  estado  de  “nada”  verdadeiro.

E, claro, o fato de haver leis na natureza que forneçam tal potencial nos distancia do verdadeiro reino do não ser.

Mas se eu argumento que talvez as próprias leis também surgiram espontaneamente, como descreverei que deve ser o caso, isso também não é bom o bastante, porque qualquer sistema do qual as leis possam ter surgido não corresponde ao nada verdadeiro.

Tartarugas  até  lá  embaixo?  Acho  que  não.

Mas a teoria das tartarugas é atraente porque a ciência está mudando o campo de atuação de forma a deixar as pessoas desconfortáveis.

É claro, esse é um dos propósitos da ciência (alguém poderia ter dito “filosofia natural” em tempos mais socráticos).

O desconforto significa que estamos no limiar de novas percepções.

Obviamente, invocar “Deus” para evitar perguntas difíceis começando por “como” é apenas preguiça intelectual.

Afinal, se não houvesse potencial de criação, Deus não poderia ter criado nada.

Seria um abracadabra semântico tentar afirmar que a regressão infinita é evitada porque Deus é extrínseco à natureza e, portanto, o “potencial” para a existência em si não é parte do nada do qual a existência surgiu.

Meu  real  objetivo  aqui  é  demonstrar  que,  de  fato,  a  ciência  vem  mudando  o  campo  de  atuação,  fazendo  com  que  esses  debates  abstratos  e  inúteis  sobre  a  natureza  do  nada  fossem  substituídos  por  esforços  operacionais  e  úteis  em  descrever  como  nosso  Universo  pode  realmente  ter  surgido.

Também explicarei as possíveis implicações disso em nosso presente e futuro.

Isso  reflete  um  fato  muito  importante.

No que diz respeito a entender como nosso Universo evolui, a religião e a teologia têm sido, no mínimo, irrelevantes.

Elas costumam distorcer, concentrando-se nas questões sobre o nada, por exemplo, sem fornecer uma definição baseada em evidências empíricas.

Embora ainda não compreendamos o Universo completamente, não há razão para esperar que as coisas mudem a esse respeito.

Aliás, espero que um dia isso também se aplique à compreensão de áreas que a religião hoje considera seu território, como a moralidade humana.

A  ciência  tem  sido  eficaz  em  promover  nossa  compreensão  da  natureza  porque    o  ethos  científico  é  baseado  em  três  princípios  básicos:  (1)  siga  a  evidência  aonde  quer  que  ela  o  leve;  (2)  se  alguém  tem  uma  teoria,  precisa  provar  que  ela  está  tão  errada  quanto  certa;  (3)  o  árbitro  supremo  da  verdade  é  o  experimento,  e  não  o   conforto  que  se  tira  de  suas  crenças  a  priori,  nem  a  beleza  ou  a  elegância  que  se  atribui  aos  próprios  modelos  teóricos.

Os  resultados  dos  experimentos  que  descreverei  aqui  não  são  apenas  oportunos,  mas  também  inesperados.

A tapeçaria que a ciência tece ao descrever a evolução do Universo é muito mais rica e fascinante do que quaisquer imagens reveladoras ou histórias criativas que os humanos inventaram.

A natureza surpreende mais do que a imaginação humana pode esperar.

Nas  últimas  duas  décadas,  uma  série  de  acontecimentos  empolgantes  na  cosmologia,  na  teoria  de  partículas  e  na  gravitação  mudou  completamente  o  modo  de  ver  o  Universo,  com  implicações  profundas  e  surpreendentes  para  a  compreensão  tanto  de  suas  origens  quanto  de  seu  futuro.

Nada poderia, então, ser mais interessante de se escrever sobre, perdoe a brincadeira.

A  verdadeira  inspiração  para  este  livro  não  vem  nem  do  desejo  de  acabar  com  mitos  nem  de  atacar  crenças,  mas  sim  de  comemorar  o  conhecimento,  e,  junto  com  ele,  o  Universo  absolutamente  surpreendente  e  fascinante  no  qual  o  nosso  se  transformou.

Nossa  busca  nos  levará  a  um  tour  para  os  confins  de  nosso  Universo  em  expansão  —  dos  primeiros  momentos  do  Big  Bang  até  o  futuro  distante  —  e  incluirá  talvez  a  descoberta  mais  surpreendente  na  física  no  último  século.

Na  verdade,  a  motivação  para  escrever  este  livro  agora  surgiu  da  descoberta  que  impulsionou  minha  própria  pesquisa  científica  durante  grande  parte  dos  últimos  trinta  anos:  a  conclusão  impressionante  de  que  a  maior  parte  da  energia  do  Universo  reside  numa  misteriosa  e  hoje  inexplicável  forma  que  permeia  todo  o  espaço  vazio.

Não é um exagero dizer que essa descoberta mudou o campo de atuação da cosmologia moderna.

Essa  descoberta  produziu  uma  nova  sustentação  para  a  ideia  de  que  o  Universo  surgiu  do  nada.

Também provocou uma reavaliação das suposições sobre os processos que podem conduzir a própria evolução, além de incitar a questão de as próprias leis da natureza serem mesmo fundamentais ou não.

Cada uma dessas suposições agora tende a fazer com que a discussão quanto ao porquê de haver algo em vez de nada pareça menos obrigatória, se não completamente superficial, como devo descrever.

A  gênese  direta  deste  livro  remonta  a  outubro  de  2009,  quando  ministrei  uma  palestra  em  Los  Angeles  com  o  mesmo  título.

Para minha surpresa, o vídeo da palestra no YouTube, disponibilizado pela Fundação Richard Dawkins, tornou-se uma espécie de sensação, com quase 1 milhão de acessos até hoje e inúmeras cópias de partes da palestra sendo usadas em debates de comunidades ateístas e teístas.

Devido  ao  grande  interesse  nesse  assunto,  e  também  como  resultado  de  alguns  comentários  confusos  na  internet  e  em  várias  mídias  após  minha  palestra,  pensei  que  valeria  a  pena  produzir  uma  versão  mais  completa  que  expressei  lá.

Aqui também posso aproveitar a oportunidade para acrescentar mais comentários aos argumentos apresentados na época, que se concentravam quase completamente nas revoluções da cosmologia que transformaram a imagem que temos do Universo, associadas à descoberta da energia e da geometria espacial.

Discuto tudo isso nos primeiros dois terços deste livro.

No  meio-tempo,  pensei  muito  mais  sobre  os  muitos  antecedentes  e  ideias  que  constituem  meu  argumento;  discuti  o  assunto  com  outras  pessoas,  que  reagiram  com  tanto  entusiasmo  que  foi  contagiante;  e  explorei  mais  o  impacto  do  desenvolvimento  da  física  de  partículas,  em  especial  na  questão  da  origem  e  da  natureza  do  Universo.

E, finalmente, expus alguns argumentos para aqueles que discordam veementemente de mim, e, ao fazê-lo, alguns insights me ajudaram a aprofundar meu raciocínio.

Enquanto  elaborava  as  ideias  que  tentei  descrever  aqui,  tive  o  benefício  de  discutir  com  alguns  de  meus  colegas  físicos  mais  brilhantes.

Quero agradecer especialmente a Alan Guth e Frank Wilczek por me deixarem tomar seu tempo com discussões e correspondências extensas, resolvendo algumas confusões da minha cabeça e, em alguns casos, ajudando a reforçar minhas próprias interpretações.

Encorajado  pelo  interesse  de  Leslie  Meredith  e  Dominick  Anfuso,  do  movimento  Free  Press  e  da  editora  Simon  &  Schuster,  na  possibilidade  de  um  livro  sobre  o  assunto,  entrei  em  contato,  então,  com  meu  amigo  Christopher  Hitchens,  que,  além  de  ser  um  dos  indivíduos  mais  brilhantes  que  eu  conheço,  também  usou  alguns  dos  argumentos  da  minha  palestra  em  sua  notável  série  de  debates  sobre  ciência  e  religião.

Christopher, apesar de sua saúde fragilizada, concordou generosa, gentil e corajosamente em fazê-lo.

Por esse ato de amizade e confiança, serei eternamente grato.

Infelizmente, a doença o venceu, de forma que ficou impossível para ele terminar de escrevê-lo, apesar de seus esforços.

Christopher faleceu tragicamente um pouco antes do lançamento deste livro nos Estados Unidos.

Eu sinto sua falta, e o mundo ficou mais vazio sem ele.

Então, como se isso não bastasse, meu eloquente e brilhante amigo, o renomado cientista e escritor Richard Dawkins, concordou em escrever um posfácio.

Depois que meu primeiro esboço foi concluído, ele começou a escrever, em curto período de tempo, algo cuja beleza e clareza eram surpreendentes e, ao mesmo tempo, humilhantes.

Para Christopher e Richard, então, além de todos os que mencionei anteriormente, meus agradecimentos por seu apoio e incentivo e por me motivarem a, mais uma vez, voltar ao computador e escrever.

 UMA  HISTÓRIA  DE  MISTÉRIO  CÓSMICA:  INÍCIOS    O  Mistério  Inicial  que  acompanha  qualquer  jornada  é:  como  o  viajante  chegou  ao  ponto  de  partida,  para  começo  de  conversa?    Louise  Bogan,  Journey  Around  My  Room    ERA  UMA  NOITE  ESCURA  e  tempestuosa.

No  início  de  1916,  Albert  Einstein  havia  acabado  de  completar  o  maior  trabalho  de  sua  vida,  uma  intensa  luta  intelectual,  que  durou  uma  década,  para  obter  uma  nova  teoria  da  gravitação,  chamada  teoria  da  Relatividade  Geral.

Entretanto, não era apenas mais uma nova teoria da gravitação; era uma nova teoria do espaço e do tempo também.

E foi a primeira teoria científica que explicou não apenas como os objetos se movem através do espaço, mas também como o próprio Universo pode se desenvolver.

Havia  apenas  um  percalço.

Quando Einstein começou a aplicar sua teoria para descrever o Universo como um todo, ficou claro que ela não descrevia o Universo em que vivíamos.

Agora,  quase  cem  anos  depois,  é  difícil  compreender  quanto  a  noção  que  temos  do  Universo  mudou  no  período  de  uma  única  vida  humana.

Para a comunidade científica de 1917, o Universo era estático e contínuo, e consistia em uma única galáxia, a Via Láctea, rodeada por um espaço vasto, infinito, escuro e vazio.

Isso descreve o que você veria ao olhar para o céu, a olho nu ou com um pequeno telescópio, e na época havia poucos motivos para suspeitar do contrário.

Na  teoria  de  Einstein,  como  na  teoria  da  gravitação  de  Newton  antes  dela,  a  gravidade  é  puramente  a  força  atrativa  entre  todos  os  objetos.

Isso significa ser impossível haver um conjunto de massas no espaço em repouso eterno.

Sua atração gravitacional mútua causaria um colapso, o que entra em desacordo com a ideia de um Universo aparentemente estático.

O  fato  de  a  teoria  da  Relatividade  Geral  de  Einstein  não  parecer  consistente  com  a  imagem  que  se  tinha  do  Universo  na  época  foi,  para  ele,  um  golpe  maior  do  que  você  poderia  imaginar,  por  razões  que  me  permitem  descartar  um  mito  que  sempre  me  incomodou  sobre  Einstein  e  sua  teoria.

O senso comum afirma que Einstein trabalhou isolado em um quarto fechado durante anos, usando apenas o pensamento e a razão, e apareceu com sua bela teoria que fugia da realidade (talvez como aqueles que defendem a teoria das Cordas nos dias de hoje!).

No entanto, nada poderia estar mais distante da verdade.

Einstein  sempre  foi  profundamente  guiado  por  experimentos  e  observações.

Embora tenha realizado muitos “experimentos mentais” e trabalhado arduamente por uma década, ele aprendeu matemática moderna e seguiu muitas pistas teóricas falsas no processo antes de, finalmente, produzir uma teoria que de fato fosse matematicamente bela.

O momento mais importante no estabelecimento de seu caso amoroso com a relatividade, no entanto, teve a ver com a observação.

Durante as últimas agitadas semanas em que estava concluindo sua teoria — e competindo com o matemático alemão David Hilbert —, Einstein usou suas equações para calcular a previsão para o que de outro modo poderia parecer um resultado astrofísico obscuro: uma ligeira precessão no “periélio”, o ponto mais próximo da órbita de Mercúrio ao redor do Sol.

Os  astrônomos  há  muito  já  tinham  percebido  que  a  órbita  de  Mercúrio  fugia  um  pouco  da  prevista  por  Newton.

Em vez de percorrer uma elipse perfeita, a órbita de Mercúrio sofria uma precessão — ou seja, o planeta não retorna precisamente ao mesmo ponto ao fim de uma trajetória, mas a orientação da elipse muda ligeiramente a cada órbita, traçando, assim, um padrão de espiral — em uma quantidade incrivelmente pequena: 43 arco-segundos (cerca de 1/100 de grau) a cada século.

Quando  Einstein  realizou  o  cálculo  da  órbita  usando  a  teoria  da  Relatividade  Geral,  chegou  ao  número  certo.

Como descrito por um de seus biógrafos, Abraham Pais: “Essa descoberta foi, acredito, de longe, a experiência emocional mais forte da vida científica de Einstein, talvez de toda a sua vida.

” O físico afirmava ter palpitações, como se “algo tivesse disparado” dentro dele.

Um mês depois, quando descreveu a teoria para um amigo como de “beleza incomparável”, seu prazer com a forma matemática havia se manifestado, mas nenhuma palpitação fora relatada.

No  entanto,  a  aparente  discordância  entre  a  teoria  da  relatividade  e  a  observação     não  durou  muito  tempo  —  embora  tenha  obrigado  Einstein  a  introduzir  uma  modificação  que  mais  tarde  chamaria  de  seu  maior  tropeço.

Falaremos sobre isso mais adiante.

Todo mundo (exceto alguns conselhos escolares nos Estados Unidos), hoje, sabe que o Universo não é imutável, mas está em expansão, e que essa expansão começou com um Big Bang incrivelmente quente e denso há estimados 13,7 bilhões de anos.

Igualmente importante, hoje sabemos que a Via Láctea é apenas uma de talvez 400 bilhões de galáxias no Universo observável.

Somos como os primeiros cartógrafos terrestres começando a compreender o Universo em suas mais largas escalas.

Não é de surpreender que as décadas recentes tenham testemunhado mudanças revolucionárias na imagem que temos dele.

A  descoberta  de  que  o  Universo  está  em  expansão  tem  profundo  significado  filosófico  e  religioso,  pois  sugere  que  ele  teve  um  início.

Um início implica criação, e a criação desperta emoções.

Embora muitos anos tenham se passado entre a descoberta do Universo em expansão, em 1929, e o validamento empírico do Big Bang, o papa Pio XII o anunciou, em 1951, como evidência do Gênesis.

Ele proclamou: Parece que a ciência atual, com uma varredura através dos séculos, obteve êxito em ser testemunha do instante majestoso do Fiat lux [Faça-se a luz] primordial, quando juntamente com a matéria surgiu do nada um mar de luz e radiação, e os elementos se dividiram e se agitaram e formaram milhões de galáxias.

Assim, com essa concretude característica das provas físicas, [a ciência] confirmou a possibilidade do Universo e também a dedução bem-fundamentada quanto à época em que o mundo surgiu nas mãos do Criador.

Consequentemente, a Criação aconteceu.

Dizemos: “Então, existe um Criador.

Então, Deus existe.

” A história completa, na verdade, é um pouco mais interessante.

A primeira pessoa a propor o Big Bang foi um padre e físico belga chamado Georges Lemaître.

Ele era uma combinação impressionante de competências.

Começou seus estudos como engenheiro, foi artilheiro condecorado na Primeira Guerra Mundial, e então migrou para a matemática enquanto estudava para o sacerdócio no início dos anos 1920.

Depois mudou para a cosmologia e estudou com o famoso astrofísico britânico Sir Arthur Stanley Eddington, indo posteriormente para Harvard e, em seguida, para o MIT, onde obteve seu segundo doutorado em física.

Em  1927,  antes  de  obter  o  segundo  doutorado,  Lemaître  resolveu  as  equações  de  Einstein  da  teoria  da  Relatividade  Geral  e  demonstrou  que  ela  prevê  um  Universo  não  imutável  e  que,  de  fato,  sugere  que  o  Universo  em  que  vivemos  está     em  expansão.

A ideia parecia tão chocante que o próprio Einstein a contestou com a declaração: “Sua matemática está correta, mas sua física é abominável.

” Ainda assim, Lemaître seguiu adiante e, em 1930, propôs que o Universo em expansão na verdade teve início como um ponto infinitesimal, que ele chamou de “Átomo Primordial”, e que esse início representava, talvez numa alusão ao Gênesis, um “Dia sem Ontem”.

Assim,  o  Big  Bang,  que  o  papa  Pio  XII  tanto  anunciou,  foi  proposto  pela  primeira  vez  por  um  padre.

Poderíamos pensar que Lemaître teria ficado emocionado com essa validação papal, mas ele já descartara em sua cabeça a ideia de que a teoria científica teria consequências teológicas e removera um parágrafo do esboço de seu trabalho de 1931 sobre o Big Bang que comentava essa questão.

De  fato,  Lemaître  mais  tarde  expressou  sua  objeção  ao  anúncio  do  papa  sobre  o  Big  Bang  provar  o  texto  do  Gênesis,  feito  em  1951  (até  porque  percebeu  que,  caso  sua  teoria  se  provasse  incorreta,  as  afirmações  católicas  romanas  quanto  ao  Gênesis  poderiam  ser  contestadas).

Nessa época, Lemaître já havia sido eleito para a Pontifícia Academia do Vaticano, tornando-se mais tarde seu presidente.

Ele disse: “Até onde sei, essa teoria permanece completamente alheia a qualquer questão metafísica ou religiosa.

” O papa nunca mais abordou o assunto em público.

Existe  uma  lição  valiosa  aqui.

Como Lemaître reconheceu, o fato de o Big Bang ter acontecido ou não é uma questão científica, não teológica.

Além disso, mesmo que tenha acontecido (o que todas as evidências hoje confirmam de maneira contundente), ele pode ser interpretado de diferentes maneiras, de acordo com predileções religiosas ou metafísicas.

Pode-se ver o Big Bang como o próprio Criador ou, ao contrário, argumentar que a matemática da relatividade explica a evolução do Universo desde seu início, sem a intervenção de qualquer divindade.

Mas uma especulação metafísica como essa é independente da validação física do Big Bang e irrelevante para nossa compreensão.

É claro, conforme nos aprofundamos sobre a mera existência de um Universo em expansão para entender os princípios físicos que podem abordar sua origem, a ciência pode lançar luz a essa especulação, e, devo argumentar, ela o faz.

De  qualquer  forma,  nem  Lemaître  nem  o  papa  Pio  XII  convenceram  o  mundo  científico  de  que  o  Universo  estava  em  expansão.

Em vez disso, como em toda boa ciência, a evidência veio por meio de observações cuidadosas, nesse caso feitas por Edwin Hubble, que faz com que eu tenha fé na humanidade, pois começou como advogado e acabou se tornando astrônomo.

Hubble  fizera  uma  descoberta  significativa  em  1925  com  o  novo  telescópio  Mt.

 Wilson  100”  Hooker,  naquela  época  o  maior  do  mundo.

(Para efeito de comparação, hoje construímos telescópios mais de dez vezes maiores do que esse em diâmetro e cem vezes maiores em área!) Até então, com os telescópios disponíveis, os astrônomos foram capazes de discernir imagens distorcidas de objetos que não eram simples estrelas na galáxia.

Eles os chamaram de nebulosas, “coisa indistinta” em latim (para ser mais exato, “nuvem”).

Também debateram se esses objetos estavam em nossa galáxia ou fora dela.

Como  a  visão  predominante  na  época  era  a  de  que  nossa  galáxia  era  tudo  o  que  existia,  a  maioria  dos  astrônomos  seguiu  a  visão  do  “em  nossa  galáxia”,  liderados  pelo  famoso  astrônomo  Harlow  Shapley,  em  Harvard.

Shapley havia largado a escola no sexto ano e estudado por conta própria, chegando, mais tarde, a ir para Princeton.

Decidiu se dedicar à astronomia depois de ter escolhido o primeiro assunto que achou no programa de estudos.

Em um trabalho influente, demonstrou que a Via Láctea era muito maior do que se pensava e também que o Sol não estava no centro, mas num canto remoto e desinteressante da galáxia.

Ele foi uma força formidável na astronomia e, assim, suas ideias a respeito da natureza das nebulosas tiveram considerável importância.

No  primeiro  dia  de  1925,  Hubble  publicou  os  resultados  de  dois  anos  de  estudo  a  respeito  das  chamadas  nebulosas  espirais,  em  que  identificou  um  tipo  de  estrela  variável,  chamada  Cefeida,  incluindo  a  hoje  conhecida  como  Andrômeda.

Observadas  pela  primeira  vez  em  1784,  as  estrelas  variáveis  Cefeidas  têm  um  brilho  que  varia  no  decorrer  de  um  período  regular.

Em 1908, uma candidata a astrônoma menosprezada, Henrietta Swan Leavitt, foi contratada como “computadora” no Observatório da Universidade Harvard (“computadoras” eram mulheres que catalogavam o brilho das estrelas gravado nas placas fotográficas do observatório; na época, não era permitido que mulheres usassem os telescópios).

Filha de um pastor congregacional e descendente de peregrinos, Leavitt fez uma descoberta surpreendente, que aprofundou em 1912: percebeu que existia uma relação estável entre o brilho das estrelas Cefeidas e o período de sua variação.

Assim, caso se determinasse a distância em relação a uma única Cefeida de período conhecido (determinados na sequência, em 1913), então medir o brilho de outras Cefeidas do mesmo período permitiria que se determinasse a distância até essas outras estrelas.

Como  o  brilho  diminui  inversamente  com  o  quadrado  da  distância  até  a  estrela  (a  luz  se  espalha  uniformemente  a  partir  de  uma  esfera  cuja  área  aumenta  com  o  quadrado  da  distância  e,  assim  como  a  luz  se  espalha  sobre  uma  esfera  maior,  a     intensidade  da  luz  observada  em  qualquer  ponto  diminui  inversamente  com  a  área  da  esfera),  determinar  a  distância  de  estrelas  mais  longínquas  sempre  foi  o  grande  desafio  da  astronomia.

A descoberta de Henrietta foi uma revolução (o próprio Hubble, ignorado pelo Nobel, dizia com frequência que o trabalho de Leavitt o merecia, embora talvez tenha sugerido isso porque seria um concorrente natural a dividir o prêmio com ela por seu trabalho subsequente).

A Academia Real da Suécia já considerava indicar Leavitt para o Nobel em 1924, quando descobriram que ela havia morrido de câncer três anos antes.

À custa de sua personalidade forte, seu talento para a autopromoção e suas habilidades como observador, Hubble viria a se tornar um nome famoso, enquanto Leavitt, infelizmente, é conhecida apenas por aficionados da área.

Hubble  conseguiu  usar  suas  medições  das  Cefeidas  e  a  relação  período- luminosidade  de  Leavitt  para  provar  definitivamente  que  as  Cefeidas  em  Andrômeda,  e  muitas  outras  nebulosas,  estavam  muito  distantes  para  estarem  dentro  da  Via  Láctea.

Descobriu-se que Andrômeda é outro “Universo-ilha”, outra galáxia em espiral quase idêntica à nossa e uma dos mais de 100 bilhões de outras galáxias que, como sabemos hoje, existem em nosso Universo observável.

O resultado de Hubble foi inequívoco o suficiente para que a comunidade astronômica — incluindo Shapley, que àquela época ocupava a direção do Observatório de Harvard, onde Leavitt realizara seu trabalho inovador — logo aceitasse o fato de a Via Láctea não ser tudo o que existia ao nosso redor.

De repente, o tamanho do Universo conhecido se expandira em um único salto mais do que poderia ter se expandido em séculos.

Suas características mudaram também, assim como quase todo o restante.

Após  essa  descoberta  dramática,  Hubble  poderia  ter  descansado  sobre  seus  louros,  mas  ele  queria  um  peixe  maior,  ou  melhor,  galáxias  maiores.

Ao medir Cefeidas ainda mais fracas, em galáxias ainda mais distantes, ele conseguiu mapear o Universo em escalas maiores do que nunca.

Quando fez isso, descobriu algo muito mais impressionante: o Universo estava em expansão! Hubble chegou a esse resultado ao comparar as distâncias das galáxias que calculava com um conjunto diferente de medições de outro astrônomo norte- americano, Vesto Slipher, que medira os espectros de luz que vinham dessas galáxias.

A compreensão da existência e da natureza desses espectros exige um retorno ao início da astronomia moderna.

 Uma  das  descobertas  mais  importantes  da  astronomia  foi  que  a  matéria  das  estrelas  e  a  matéria  da  Terra  são  em  grande  parte  a  mesma.

Tudo começou, como muitas coisas na ciência moderna, com Isaac Newton.

Em 1665, Newton, então um jovem cientista, ao escurecer seu quarto completamente, deixando apenas uma fresta na persiana, fez com que um fino raio de luz solar passasse por um prisma, e viu que a luz se dispersava nas cores conhecidas do arco-íris.

Newton concluiu que a luz branca do Sol continha todas essas cores, e estava certo.

Cento  e  cinquenta  anos  depois,  outro  cientista  examinou  a  luz  dispersa  com  mais  cuidado  e  descobriu  faixas  escuras  em  meio  às  cores.

Deduziu que essas faixas se deviam à existência de materiais na atmosfera mais externa do Sol que absorviam a luz de certas cores ou comprimentos de onda específicos.

Essas “linhas de absorção”, como ficaram conhecidas, poderiam ser identificadas através dos comprimentos de onda absorvidos por elementos conhecidos na Terra, como o hidrogênio, o oxigênio, o ferro, o sódio e o cálcio.

Em  1868,  outro  cientista  observou  duas  novas  linhas  de  absorção  na  parte  amarela  do  espectro  solar  que  não  correspondiam  a  qualquer  elemento  conhecido  na  Terra.

Ele concluiu que isso devia acontecer devido a um novo elemento, denominado hélio.

Uma geração depois, o hélio foi descoberto na Terra.

O  espectro  de  radiação  que  vem  de  outras  estrelas  é  uma  ferramenta  científica  importante  para  entender  a  composição,  a  temperatura  e  a  evolução  delas.

Em 1912, Vesto Slipher observou os espectros de luz que vinham de várias nebulosas espirais e descobriu que eram similares aos das estrelas próximas — exceto que todas as linhas de absorção eram deslocadas pela mesma quantidade em comprimento de onda.

Esse  fenômeno  foi  entendido  na  época  como  a  consequência  do  “efeito  Doppler”,  assim  chamado  em  homenagem  ao  físico  austríaco  Christian  Doppler,  que  explicou,  em  1842,  que  ondas  dispersadas  de  uma  fonte  em  movimento  serão  estendidas  se  esta  estiver  se  afastando  e  comprimidas  se  estiver  se  aproximando.

É a manifestação de um fenômeno muito famoso e que sempre me faz lembrar um cartum de Sidney Harris em que dois caubóis estão montados em seus cavalos olhando os trens distantes, e um deles diz para o outro: “Adoro ouvir o lamento solitário do apito do trem conforme a magnitude das mudanças de frequência devido ao efeito Doppler!” De fato, o apito do trem ou a sirene da ambulância parecem mais altos se os veículos estiverem se aproximando e mais baixos se estiverem se afastando.

O  mesmo  fenômeno  acontece  com  ondas  de  luz  e  de  som,  embora  por  razões     um  pouco  diferentes.

As ondas de luz de uma fonte que se afasta, seja por seu movimento no espaço, seja pela expansão interferente do espaço, serão esticadas e, assim, parecerão mais vermelhas do que se não houvesse esse afastamento, já que o vermelho tem o maior comprimento de onda do espectro visível.

Por outro lado, as ondas de uma fonte que se aproxima serão comprimidas e parecerão mais azuis.

Slipher  observou,  em  1912,  que  as  linhas  de  absorção  da  luz  vinda  de  todas  as  nebulosas  em  espiral  eram  quase  todas  deslocadas  sistematicamente  para  comprimentos  de  onda  maiores  (embora  algumas,  como  Andrômeda,  fossem  deslocadas  para  comprimentos  de  onda  menores).

Ele deduziu corretamente que a maioria desses corpos, então, estava se afastando com velocidades consideráveis.

Hubble  conseguiu  comparar  as  observações  da  distância  dessas  galáxias  em  espiral  (como  eram  conhecidas  na  época)  com  as  medições  de  Slipher  das  velocidades  de  afastamento.

Em 1929, com a ajuda de Milton Humason, membro da equipe do Monte Wilson (seu talento técnico era tanto que havia lhe assegurado um emprego no Monte Wilson sem nem ter um diploma escolar), ele anunciou a descoberta de uma relação empírica impressionante, a hoje chamada Lei de Hubble: existe uma relação linear entre a velocidade de recessão e a distância da galáxia.

Ou seja, as galáxias que estão cada vez mais distantes se afastam de nós com velocidades cada vez maiores.

Quando  nos  deparamos  pela  primeira  vez  com  esse  fato  —  que  quase  todas  as  galáxias  estão  se  afastando  de  nós,  e  que  aquelas  que  estão  duas  vezes  mais  longe  se  afastam  duas  vezes  mais  rápido,  as  que  estão  três  vezes  mais  longe  se  afastam  três  vezes  mais  rápido,  e  assim  sucessivamente  —,  parece  óbvio  o  que  isso  implica:  somos  o  centro  do  Universo!    Como  alguns  amigos  sugerem,  preciso  ser  lembrado  todos  os  dias  de  que  não  se  trata  disso.

A relação que Lemaître previra tem consistência.

O Universo está de fato em expansão.

Tentei explicar isso de diversas maneiras e não acho que seja fácil fazê-lo, a não ser que se pense fora da caixa — nesse caso, fora da caixa universal.

Para entender as implicações da Lei de Hubble, é preciso deixar de lado o ponto de vista míope de nossa galáxia e olhar para o Universo de fora.

Embora seja difícil ficar do lado de fora de um Universo tridimensional, é fácil ficar fora de um bidimensional.

Desenhei a seguir um Universo em expansão em dois momentos diferentes.

Como se pode ver, as galáxias estão mais distantes no segundo momento.

 Agora  imagine  que  você  vive  numa  das  galáxias  do  momento  t2,  que  marcarei  em  branco.

  Para  ver  como  a  evolução  pareceria  do  ponto  de  vista  dessa  galáxia,  simplesmente  sobreponho  a  imagem  da  direita  à  da  esquerda,  colocando  a  galáxia  em  branco  sobre  si  mesma.

 Voilà!  Do  ponto  de  vista  dessa  galáxia,  todas  as  outras  estão  se  afastando,  e  as  que  estão  duas  vezes  mais  longe  se  afastaram  o  dobro  da  distância  no  mesmo  tempo,  as  que  estão  três  vezes  mais  longe  se  afastaram  o  triplo  da  distância,  e  assim  sucessivamente.

Contanto que não haja bordas, aqueles que estão na galáxia sentem como se estivessem no centro da expansão.

Não  importa  qual  seja  a  galáxia  escolhida.

Escolha outra galáxia e repita o processo: Dependendo da perspectiva, ou todos os lugares são o centro do Universo, ou nenhum lugar é.

Não importa, a Lei de Hubble tem fundamento baseando-se num Universo em expansão.

Agora,  quando  Hubble  e  Humason  publicaram  essa  análise  pela  primeira  vez,  em  1929,  não  só  expuseram  uma  relação  linear  entre  distância  e  velocidade  de     recessão,  como  também  deram  uma  estimativa  quantitativa  da  própria  taxa  de  expansão.

Aqui estão os dados apresentados na época: Como você pode ver, a ideia de Hubble de colocar uma linha reta nesse conjunto de dados parece um pouco aleatória (há uma relação clara, mas o fato de uma linha reta ser ou não a melhor opção não fica nem um pouco claro baseando-se somente nesses dados).

O número para a taxa de expansão que eles obtiveram, derivado do gráfico, sugeria que uma galáxia com 1 milhão de parsecs (3 milhões de anos-luz) — a distância média entre as galáxias — estava se afastando com uma velocidade de 500km/s.

Essa estimativa não foi aleatória, no entanto.

A  razão  para  isso  é  relativamente  simples  de  se  perceber.

Se tudo está se afastando hoje, então em tempos remotos tudo estava mais próximo.

Agora, se a gravidade é uma força de atração, então ela deveria retardar a expansão do Universo.

Ou seja, a galáxia que se afasta a uma velocidade de 500km/s hoje se movia mais rápido antigamente.

Se,  por  ora,  supomos  que  a  galáxia  sempre  se  moveu  com  essa  velocidade,  podemos  trabalhar  de  trás  para  frente  e  descobrir  há  quanto  tempo  ela  esteve  na  mesma  posição  em  que  a  nossa  está.

Como as galáxias duas vezes mais afastadas se movem duas vezes mais rápido, se trabalharmos de trás para frente, descobriremos que elas estavam sobrepostas à nossa posição exatamente ao mesmo tempo.

De fato, todo o Universo observável estaria sobreposto em um único ponto, o Big Bang, nesse tempo estimado.

Tal  estimativa  é  claramente  um  limite  máximo  da  idade  do  Universo,  já  que,  se  as  galáxias  um  dia  estavam  se  movimentando  mais  rápido,  elas  chegariam  onde  estão  hoje  em  menos  tempo  do  que  a  estimativa  sugere.

Segundo  a  estimativa  baseada  na  análise  de  Hubble,  o  Big  Bang  aconteceu  há  aproximadamente  1,5  bilhão  de  anos.

Mesmo em 1929, no entanto, já havia evidências claras (exceto para alguns literalistas bíblicos do Tennessee, Ohio e de alguns outros estados) de que a Terra tinha mais de 3 bilhões de anos.

Agora,  é  vergonhoso  para  os  cientistas  descobrir  que  a  Terra  é  mais  antiga  que  o  Universo.

Mais do que isso, mostra que há algo de errado com a análise.

A  fonte  dessa  confusão  foi  o  fato  de  que  as  estimativas  de  distância  de  Hubble,  obtidas  por  meio  das  relações  das  Cefeidas  em  nossa  galáxia,  estavam  sistematicamente  incorretas.

Utilizar a progressão de distância baseada nas Cefeidas próximas para estimar a distância de Cefeidas longínquas, e então estimar a distância de galáxias nas quais as Cefeidas ainda mais distantes eram observadas, foi um método falho.

A  história  de  como  esses  efeitos  sistemáticos  foram  superados  é  muito  longa  e  complicada  para  descrever  aqui.

De qualquer forma, não importa mais, porque agora temos um estimador de distância muito melhor.

Uma  das  minhas  fotos  preferidas  do  Telescópio  Espacial  Hubble  é  esta:     Ela  mostra  uma  linda  galáxia  espiral  muito  distante,  há  muito  tempo  (há  muito  tempo  porque  a  luz  que  vem  da  galáxia  demora  mais  de  50  milhões  de  anos  para  nos  alcançar).

Uma galáxia espiral como essa, que lembra a nossa, contém cerca de 100 bilhões de estrelas.

O ponto brilhante em seu centro talvez contenha 10 bilhões.

Preste atenção à estrela no canto inferior esquerdo que emite um brilho quase igual ao desses 10 bilhões de estrelas.

À primeira vista, pode-se concluir que essa é uma estrela que está muito mais próxima em nossa própria galáxia e que atrapalhou a foto.

Mas, na verdade, é uma estrela daquela mesma galáxia em espiral, a mais de 50 milhões de anos-luz de distância.

Obviamente,  não  é  uma  estrela  comum.

É uma estrela que acabou de explodir, uma supernova, um dos fogos de artifício mais brilhantes do Universo.

Quando uma estrela explode, ela emana brevemente (durante mais ou menos um mês) uma luz visível com o brilho de 10 bilhões de estrelas.

Felizmente  para  nós,  estrelas  não  explodem  com  tanta  frequência  —  mais  ou  menos  uma  vez  a  cada  cem  anos  por  galáxia.

Mas temos sorte por elas explodirem, pois não estaríamos aqui se isso não acontecesse.

Um dos fatos mais poéticos que conheço sobre o Universo é que, essencialmente, cada átomo do nosso corpo esteve um dia dentro de uma estrela que explodiu.

Além disso, os átomos de sua mão esquerda provavelmente vieram de uma estrela diferente da dos átomos de sua mão direita.

Somos todos, literalmente, filhos das estrelas, e nosso corpo é feito de poeira de estrelas.

Como  sabemos  disso?  Bem,  podemos  extrapolar  nossa  imagem  do  Big  Bang  voltando  à  época  em  que  o  Universo  tinha  quase  um  segundo  de  vida  e  calcular  que  toda  a  matéria  observável  estava  comprimida  em  um  plasma  denso  cuja  temperatura  deveria  ser  de  mais  ou  menos  10  bilhões  de  graus  (escala  Kelvin).
  • A essa temperatura, reações nucleares podem acontecer com facilidade entre prótons e nêutrons conforme eles se associam e se separam devido a outras colisões. De acordo com esse processo, enquanto o Universo resfria, podemos prever a frequência com que as partículas elementares formarão, associadas, um núcleo de átomos mais pesado que o hidrogênio (por exemplo, o hélio, o lítio, e assim por diante). Assim, descobrimos que, essencialmente, nenhum núcleo — além do lítio, o terceiro núcleo mais leve da natureza — formou-se durante a bola de fogo que foi o Big Bang. Sabemos que os cálculos estão corretos porque as previsões da abundância cósmica dos elementos mais leves estão de acordo com essas observações. Os elementos mais leves, como o hidrogênio, o deutério (o núcleo do hidrogênio pesado), o hélio e o lítio, variam em dez níveis (aproximadamente 25% dos prótons e nêutrons, por massa, viram hélio, enquanto um em cada 10 bilhões de nêutrons e prótons acaba em um núcleo de lítio). Sobre essa variação incrível, as observações e as previsões teóricas convergem. Essa é uma das mais famosas, significativas e bem-sucedidas previsões que provam que o Big Bang realmente aconteceu. Somente uma grande explosão quente pode produzir a abundância de elementos leves e justificar a expansão do Universo observada hoje. Carrego um cartão no bolso de trás que mostra a comparação entre as previsões da abundância de elementos leves e a abundância observada, para que, sempre que alguém disser não acreditar que o Big Bang aconteceu, eu possa mostrá-lo. Quase nunca chego tão longe na discussão, é claro, porque os dados raramente impressionam as pessoas que decidiram de antemão ver algo de errado com essa imagem. Continuo, mesmo assim, carregando o cartão comigo e o reproduzirei mais adiante. Enquanto o lítio é importante para algumas pessoas, mais importante ainda são os núcleos mais pesados, como o carbono, o nitrogênio, o oxigênio, o ferro, e assim por diante. Esses elementos não passaram a existir com o Big Bang. O único lugar em que podem ser gerados é no núcleo ardente das estrelas. E a única maneira de estar em seu corpo, hoje, seria por meio da explosão dessas estrelas, que espalhariam seus produtos pelo cosmos para um dia poder se aglutinar em volta de um pequeno planeta azul localizado perto da estrela que chamamos de Sol. Ao longo da história de nossa galáxia, explodiram cerca de 200 milhões de estrelas. Elas se sacrificaram, por assim dizer, para que um dia você pudesse nascer. Imagino que isso as qualifique, mais do que qualquer outra coisa, para o papel de salvadoras. Acontece que estudos feitos durante os anos 1990 demonstraram que um certo tipo de estrela explosiva, chamada de supernova tipo 1a, tem uma propriedade impressionante: com alta precisão, ela, que é intrinsecamente mais brilhante, também brilha por mais tempo. A correlação, embora não tão comprovada na teoria, é empiricamente muito acertada. Isso significa que essas supernovas são “velas padrão” muito boas. Com isso queremos dizer que elas podem ser usadas para calibrar distâncias, porque seu brilho pode ser determinado por uma medida que independe de sua distância. Observando uma supernova em uma galáxia distante — e isso é possível porque elas brilham muito —, ao calcular a duração de seu brilho, podemos deduzir seu brilho intrínseco. Assim, ao medir seu brilho aparente com os telescópios, podemos concluir com precisão a que distância estão a supernova e sua galáxia hospedeira. Portanto, medindo o “desvio para o vermelho” da luz vinda das estrelas da galáxia, podemos determinar sua velocidade e assim comparar velocidade e distância e deduzir a taxa de expansão do Universo. Até aí tudo bem, mas, se as supernovas só explodem uma vez a cada cem anos por galáxia, será que um dia veremos uma? Afinal, a última supernova testemunhada na Terra foi vista por Johannes Kepler em 1604! De fato, dizem que as supernovas em nossa galáxia só são observadas durante a vida dos maiores astrônomos, e Kepler certamente é um deles. Inicialmente um humilde professor de matemática na Áustria, Kepler se tornou assistente do astrônomo Tycho Brahe (que também observou uma supernova em nossa galáxia e ganhou uma ilha do rei da Dinamarca em troca). Usando os dados de Brahe a respeito das posições dos planetas no céu, feitas durante mais de uma década, Kepler definiu suas famosas três leis do movimento planetário no início do século XVII: 1. Os planetas se movem ao redor do Sol em elipses. 2. Uma linha que liga um planeta ao Sol varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais. 3. O quadrado do período de translação de um planeta é diretamente proporcional ao cubo (3ª potência) do semieixo maior de sua órbita (ou, em outras palavras, do “semieixo maior” da elipse, metade da distância que atravessa a parte mais larga da elipse). Essas leis, por sua vez, foram a base da derivação da lei da gravitação universal de Newton, quase um século depois. Além dessa contribuição impressionante, Kepler defendeu com sucesso sua mãe em um julgamento de bruxaria e escreveu o que talvez tenha sido a primeira história de ficção científica, sobre uma jornada à Lua. Nos dias de hoje, uma maneira de ver uma supernova é simplesmente designar a cada estudante de pós-graduação uma galáxia diferente. Afinal, um período de cem anos não é tão diferente, no sentido cósmico, pelo menos, do tempo médio de um doutorado, e estudantes de pós-graduação são baratos e abundantes. Felizmente, no entanto, não precisamos recorrer a medidas tão extremas, por uma razão muito simples: o Universo é grande e velho e, como resultado, acontecimentos raros acontecem o tempo todo. Saia uma noite para um passeio na floresta ou no deserto, onde possa ver estrelas, e levante a mão para o céu, fazendo um pequeno círculo com o polegar e o indicador, mais ou menos do tamanho de uma moeda de dez centavos. Leve o pequeno círculo em direção a uma mancha escura do céu em que não haja estrelas visíveis. Nessa mancha escura, com um telescópio grande do tipo que usamos hoje, seria possível distinguir talvez 100 mil galáxias, cada uma contendo bilhões de estrelas. Como supernovas explodem uma vez a cada cem anos, com 100 mil galáxias à vista, pode-se esperar ver, em média, cerca de três estrelas explodirem em uma noite. Os astrônomos fazem exatamente isso. Ficam horas ao telescópio e, em algumas noites, podem ver uma estrela explodir, duas em outras noites, e não conseguirão ver nenhuma em noites nubladas. Dessa forma, vários grupos foram capazes de determinar a constante de Hubble com margem de erro inferior a 10%. O novo número — cerca de 70km/s para galáxias, em média, 3 milhões de anos-luz distantes — é quase um fator de 10 menor que o deduzido por Hubble e Humason. Como resultado, deduzimos uma idade de aproximadamente 13 bilhões de anos para o Universo, e não 1,5 bilhão de anos. Como descreverei mais adiante, isso também está em total acordo com estimativas independentes da idade das estrelas mais antigas de nossa galáxia. De Brahe a Kepler, de Lemaître a Einstein e Hubble, e do espectro de estrelas à abundância dos elementos leves, quatrocentos anos de ciência moderna produziram uma imagem consistente e impressionante do Universo em expansão. Tudo faz sentido. O Big Bang está em boa forma. Nota * O Kelvin não deve ser precedido pela palavra “grau(s)” ou pelo símbolo designativo, abolidos em 1967 pela CGPM (Conferência Geral de Pesos e Medidas), por ser uma unidade de medição. Optamos, contudo, por manter a redação do autor. (N.

E.

) UMA HISTÓRIA DE MISTÉRIO CÓSMICA: PESANDO O UNIVERSO Há conhecimentos conhecidos.

São coisas que sabemos que sabemos.

Há desconhecimentos conhecidos.

Ou seja, coisas que sabemos que não sabemos.

Mas também há desconhecimentos desconhecidos.

São as coisas que não sabemos que não sabemos.

Donald  Rumsfeld    TENDO  ESTABELECIDO  QUE  O  UNIVERSO  teve  um  início  e  que  esse  início  deu-se  em  um  tempo  finito  e  mensurável  do  passado,  a  próxima  pergunta  natural  a  se  fazer  é:  “Como  ele  terminará?”    De  fato,  foi  essa  a  questão  que  me  fez  sair  da  área  de  física  de  partículas  e  entrar  na  cosmologia.

Durante os anos 1970 e 1980, ficou cada vez mais claro — por medições detalhadas do movimento das estrelas e dos gases em nossa galáxia, assim como do movimento das galáxias em grandes grupos chamados aglomerados — que há muito mais no Universo do que veem os olhos ou se apercebe o telescópio.

A  gravidade  é  a  força  principal  que  opera  na  enorme  escala  de  galáxias,  então  medir  o  movimento  de  objetos  nessa  escala  nos  permite  sondar  a  atração  gravitacional  que  impele  esse  movimento.

Tais medições começaram com o trabalho pioneiro da astrônoma americana Vera Rubin e seus colegas nos anos 1970.

Rubin concluiu o doutorado na Universidade de Georgetown após frequentar aulas noturnas enquanto seu marido esperava no carro porque ela não sabia dirigir.

Tentou entrar em Princeton, mas a universidade não aceitava mulheres no programa de pós-graduação em astronomia até o ano de 1975.

Rubin simplesmente se tornou a segunda mulher a receber a Medalha de Ouro da Sociedade Astronômica Real.

Esse prêmio e suas muitas outras honras resultaram de suas medições inovadoras da rotação de nossa galáxia.

Ao observar estrelas e gases quentes que se distanciavam cada vez mais do centro de nossa galáxia, Rubin determinou que a velocidade de rotação dessas regiões era muito maior do que outros haviam previsto.

Com seu trabalho, cosmólogos perceberam que a única maneira de explicar esse movimento seria postular a existência de muito mais massa em nossa galáxia do que se poderia contar adicionando a massa de todas essas estrelas e todo esse ar quente.

Havia  um  problema,  no  entanto,  com  essa  conclusão.

Os mesmos cálculos que explicam tão bem a abundância dos elementos leves (hidrogênio, hélio e lítio) também nos dizem aproximadamente quantos prótons e nêutrons, a composição da matéria comum, devem existir no Universo.

Isso porque, como em qualquer receita culinária — nesse caso, culinária nuclear —, a quantidade do produto final depende da quantidade de cada ingrediente que colocamos no início.

Se dobramos a receita — quatro ovos em vez de dois, por exemplo — temos mais do produto final, nesse caso uma omelete.

Mas a densidade inicial de prótons e nêutrons que vieram do Big Bang, como determinado pela abundância de hidrogênio, hélio e lítio, corresponde a mais ou menos o dobro da quantidade de matéria que vemos nas estrelas e nos gases quentes.

Onde estão essas partículas? É fácil imaginar maneiras de esconder prótons e nêutrons (bolas de neve, planetas, cosmólogos.

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nenhum deles brilha); muitos físicos previram que existem prótons e nêutrons tanto em objetos escuros quanto em objetos visíveis.

No entanto, quando calculamos quanta “matéria escura” deve existir para explicar o movimento da matéria em nossa galáxia, descobrimos que a razão de matéria total para matéria visível não é de dois para um, mas próxima de dez para um.

Se esse dado não estiver errado, a matéria escura não pode ser feita de prótons e nêutrons.

Não há prótons e nêutrons suficientes.

Quando  estudava  física  de  partículas,  no  início  dos  anos  1980,  era  muito  interessante  descobrir  se  a  matéria  escura  com  uma  estrutura  nuclear  diferente  poderia  realmente  existir.

Isso significava que as partículas dominantes do Universo não eram os bons e velhos nêutrons e prótons, mas talvez um novo tipo de partícula elementar exótica, algo que não existia na Terra até então, mas era misterioso e fluía em meio às estrelas, além de gerenciar em silêncio todo o show gravitacional a que chamamos galáxia.

Ainda  mais  interessante,  pelo  menos  para  mim,  era  que  isso  gerava  três  novas  linhas  de  pesquisa  que  poderiam  lançar  nova  luz  à  natureza  da  realidade.

 (1)  Se  essas  partículas  foram  criadas  no  Big  Bang,  como  os  elementos  leves,  é  possível  usar  as  ideias  sobre  as  forças  que  governam  as  interações  das  partículas  elementares  (em  vez  das  interações  dos  núcleos  relevantes  na  determinação  da  abundância  de  elementos)  para  estimar  a  abundância  de  partículas  novas  e  exóticas  no  Universo.

(2) Pode ser possível inferir a abundância total da matéria escura no Universo tendo como base ideias teóricas da física de partículas, ou pode ser possível propor novos experimentos para detectar matéria escura — qualquer um nos diria a quantidade de matéria total existente e, portanto, qual a geometria de nosso Universo.

O trabalho dos físicos não é inventar coisas que não podemos ver para explicar coisas que podemos ver, mas entender como ver as coisas que não podemos ver — ver o que antes era invisível, os desconhecidos conhecidos.

Cada nova partícula elementar candidata a matéria escura sugere novas possibilidades de experimentos para detectar as partículas de matéria escura que desfilam pela galáxia, por meio de dispositivos na Terra que interceptam seu movimento pelo espaço.

Em vez de usar telescópios para procurar objetos distantes, se as partículas de matéria escura estão por toda a galáxia, elas estão aqui conosco agora, e detectores terrestres podem revelar sua presença.

(3) Se pudéssemos determinar a natureza da matéria escura e sua abundância, talvez pudéssemos saber como o Universo acabará.

Esta última possibilidade parecia a mais emocionante de todas, então comecei por ela.

Sim, envolvi-me na cosmologia, porque queria ser a primeira pessoa a saber como o Universo poderia acabar.

Parecia  uma  boa  ideia  na  época.

Quando  Einstein  desenvolveu  sua  teoria  da  Relatividade  Geral,  em  seu  cerne  estava  a  possibilidade  de  que  o  espaço  poderia  se  curvar  na  presença  de  matéria  ou  energia.

Essa ideia tornou-se mais que mera especulação em 1919, quando duas expedições observaram luz estelar curvando-se ao redor do Sol durante um eclipse solar com o grau exato que Einstein havia previsto caso a presença do Sol curvasse o espaço à sua volta.

Einstein ficou famoso e virou um nome familiar.

(A maioria das pessoas acha que foi a equação E = mc2, que surgiu quinze anos antes, que tornou Einstein famoso, mas não foi.

) Agora, se o espaço é potencialmente curvo, então a geometria de todo o Universo fica bem mais interessante.

Dependendo da quantidade total de matéria, ele pode existir em um de três tipos diferentes de geometrias: “aberta”, “fechada” ou “plana”.

É  difícil  imaginar  como  um  espaço  tridimensional  pode  ser  curvo.

Como somos seres tridimensionais, não conseguimos visualizar um espaço curvo tridimensional com a facilidade dos seres bidimensionais no famoso livro Flatland, que imaginavam como seu mundo pareceria a um observador tridimensional se fosse curvado como a superfície de uma esfera.

Além do mais, se a curvatura for muito pequena, será difícil detectá-la no dia a dia, exatamente como, pelo menos durante a Idade Média, muitas pessoas achavam que a Terra devia ser plana porque, da perspectiva delas, parecia plana.

Universos  curvos  tridimensionais  são  difíceis  de  visualizar  —  um  Universo  fechado  é  como  uma  esfera  tridimensional,  o  que  parece  bem  intimidante  —,  mas  alguns  aspectos  são  fáceis  de  descrever.

Se você olhasse longe o suficiente, em qualquer direção, em um Universo fechado, veria a própria nuca.

Embora  essas  geometrias  exóticas  pareçam  divertidas  ou  impressionantes,  operacionalmente  sua  existência  gera  uma  consequência  muito  mais  importante.

A relatividade diz, sem equívocos, que um Universo fechado cuja densidade energética é dominada por matéria como estrelas e galáxias, além da matéria escura ainda mais exótica, um dia deverá entrar em colapso em um processo inverso do Big Bang — um Big Crunch, ou esmagamento, se preferir.

Um Universo aberto continuará em expansão eterna a uma taxa finita, e um Universo plano está no limite, diminuindo a velocidade, mas nunca parando de fato.

Ao  se  determinar  a  quantidade  de  matéria  escura,  e  assim  a  densidade  total  de  massa  no  Universo,  tem-se  a  tão  prometida  resposta  à  antiga  questão  (pelo  menos  tão  antiga  quanto  T.

S.

Eliot): o Universo acabará com uma explosão ou com um gemido? A saga para determinar a abundância total de matéria escura data de, pelo menos, meio século, e alguém poderia escrever um livro inteiro sobre ela, o que na verdade eu já fiz, em meu livro Quintessence.

No entanto, neste caso, como demonstrarei agora (com palavras e uma imagem), é verdade que uma única imagem vale mais do que mil (ou talvez 100 mil) palavras.

Os  maiores  objetos  ligados  gravitacionalmente  no  Universo  são  chamados  de  superaglomerados  de  galáxias.

Eles podem conter milhares de galáxias e podem se estender através de dezenas de milhões de anos-luz.

A maioria das galáxias está nesses superaglomerados, e a nossa própria localiza-se no Superaglomerado de Virgem, cujo centro está a cerca de 60 milhões de anos-luz de nós.

Como  superaglomerados  são  muito  grandes  e  massivos,  praticamente  qualquer  coisa  que  caia  no  espaço  será  absorvida  por  eles.

Portanto, se pudéssemos pesar superaglomerados de galáxias e estimar sua densidade total no Universo, poderíamos, então, “pesar o Universo”, incluindo toda a matéria escura.

Assim, usando as equações da relatividade, poderíamos determinar se há matéria suficiente para acabar com ele ou não.

Até  aí  tudo  bem,  mas  como  podemos  pesar  objetos  que  estão  a  dezenas  de  milhares  de  anos-luz?  Simples:  usando  a  gravitação!    Em  1936,  Albert  Einstein,  seguindo  os  apelos  de  um  astrônomo  amador,  Rudi  Mandl,  publicou  um  trabalho  na  revista  Science  intitulado  “Lens-Like  Action  of  a  Star  by  the  Deviation  of  Light  in  the  Gravitational  Field”.

Nesse breve trabalho, Einstein demonstrou o fato impressionante de que o espaço poderia agir como uma lente, curvando e ampliando a luz, assim como as lentes de meus óculos de leitura.

Era  uma  época  mais  amistosa,  e  é  interessante  ler  o  início  informal  do  trabalho  de  Einstein,  que,  afinal,  foi  publicado  em  uma  revista  científica  de  renome:  “Algum  tempo  atrás,  R.

W. Mandl me fez uma visita e pediu que eu publicasse o resultado de um pequeno cálculo, que fiz a seu pedido.

Este trabalho está em conformidade com seu desejo.

” Talvez essa informalidade lhe fosse permitida por ser Einstein, mas prefiro acreditar que era um produto da época, quando os resultados científicos ainda não eram sempre redigidos em linguagem distante da falada por pessoas comuns.

De  qualquer  forma,  o  fato  de  a  luz  traçar  trajetórias  curvas  se  o  próprio  espaço  se  curvar  na  presença  da  matéria  foi  a  primeira  nova  previsão  significativa  da  teoria  da  Relatividade  Geral,  cuja  descoberta  levou  Einstein  à  fama  internacional.

Então, talvez não surpreenda tanto (como foi descoberto recentemente) que, em 1912, muito antes de ter concluído sua teoria, Einstein tenha feito cálculos — enquanto tentava encontrar um fenômeno observável que convenceria astrônomos a testar suas novas ideias — essencialmente idênticos aos publicados em 1936, a pedido do sr.

Mandl.

Talvez por ter chegado, em 1912, à mesma conclusão publicada em 1936 — “não há grandes chances de se observar esse fenômeno” —, ele nunca tivesse se preocupado em publicar seu trabalho anterior.

Aliás, após examinar seus cadernos de ambos os períodos, talvez ele nem se lembrasse dos cálculos que fizera 24 anos antes.

O que Einstein de fato reconheceu em ambas as ocasiões foi que a curvatura da luz em um campo gravitacional poderia significar que, se um objeto brilhante estivesse localizado bem atrás de uma distribuição de massa interferente, raios de luz emitidos em várias direções poderiam curvar-se ao redor da distribuição interposta e convergir outra vez, exatamente como fazem quando atravessam uma lente normal, produzindo uma ampliação do objeto original ou inúmeras cópias do objeto original, algumas das quais podendo ser distorcidas (ver figura a seguir).

 Quando  calculou  o  efeito  previsto  para  esse  comportamento  de  uma  estrela  distante  pela  interferência  de  uma  estrela  em  primeiro  plano,  o  efeito  foi  tão  pequeno  que  pareceu  imensurável,  o  que  o  fez  chegar  à  conclusão  mencionada  anteriormente:  era  improvável  que  tal  fenômeno  pudesse  ser  observado.

A partir disso, Einstein compreendeu que seu trabalho tinha pouco valor prático.

Como escreveu em carta ao editor da revista Science na época: “Deixe-me também agradecê-lo por sua cooperação com a publicação que o sr.

Mandl espremeu de mim.

É de pouco valor, mas deixa o pobre homem feliz.

” No entanto, Einstein não era astrônomo, e seria necessário um astrônomo para perceber que o efeito previsto poderia não somente ser mensurável, mas também útil.

Sua utilidade vinha de sua aplicação nos objetos distantes que funcionam como lentes gravitacionais devido a sistemas muito maiores, como galáxias ou até mesmo aglomerados de galáxias, e não em estrelas com comportamento de lentes.

Alguns meses após a publicação de Einstein, o brilhante astrônomo do Instituto de Tecnologia da Califórnia, Fritz Zwicky, apresentou à Physical Review um trabalho em que demonstrava a praticabilidade desse efeito (e também menosprezava Einstein indiretamente por sua ignorância quanto ao tema).

Zwicky  era  um  sujeito  ranzinza  e  muito  à  frente  de  seu  tempo.

Já em 1933 havia analisado o movimento relativo de galáxias no aglomerado de Coma e determinado, usando as leis do movimento de Newton, que as galáxias estavam se movendo tão rápido que deveriam ter se distanciado, destruindo o aglomerado, a menos que houvesse muito mais massa nele, por um fator maior que cem, do tipo que poderia ser contado apenas nas estrelas.

Então Zwicky deveria ser considerado o descobridor da matéria escura, embora, na época, sua conclusão fosse tão impressionante que os astrônomos provavelmente pensaram que deveria haver outra explicação menos exótica para o resultado encontrado.

Zwicky escreveu uma página em 1937 igualmente notável.

Ele propôs três usos distintos para as lentes gravitacionais: (1) testar a relatividade geral; (2) usar galáxias como um tipo de telescópio, para ampliar objetos mais distantes, que, do contrário, seriam invisíveis a telescópios comuns; e, mais importante, (3) resolver o mistério de os aglomerados parecerem pesar mais do que pode ser explicado pela matéria visível: “Observações da deflexão da luz em torno de nebulosas podem fornecer uma determinação mais direta de massas nebulosas e esclarecer a discrepância supracitada.

” Passaram-se mais de setenta anos desde o trabalho de Zwicky, mas ele mais parece uma proposta moderna de uso de lentes gravitacionais para examinar o Universo.

De fato, todas as suas sugestões provaram-se corretas, e a última é a mais significativa.

Lentes gravitacionais de quasares distantes provocadas por galáxias interferentes foram observadas pela primeira vez em 1987; em 1998, 61 anos após a proposta de Zwicky, a massa de um grande aglomerado foi determinada com o uso de lentes gravitacionais.

 Naquele  ano,  o  físico  Tony  Tyson  e  seus  colegas,  nos  hoje  extintos  Laboratórios  Bell  (cuja  tradição  incluía  prêmios  Nobel  importantes,  da  invenção  do  transistor  à  descoberta  da  radiação  cósmica  de  fundo  em  micro-ondas),  observaram  um  grande  aglomerado  distante,  rotulado  como  CL  0024  +  1654  e  localizado  a  cerca  de  5  bilhões  de  anos-luz.

Nessa bela imagem do telescópio Hubble, um exemplo espetacular da imagem múltipla de uma galáxia distante localizada a outros 5 bilhões de anos-luz atrás do aglomerado pode ser vista como imagens muito distorcidas e alongadas em meio às outras, geralmente mais redondas.

Olhar  para  essa  imagem  provoca  a  imaginação.

Primeiro, cada ponto da foto é uma galáxia, não uma estrela.

Cada galáxia contém talvez 100 bilhões de estrelas, além de provavelmente centenas de bilhões de planetas, e talvez civilizações há muito perdidas.

Digo “há muito perdidas” porque a imagem tem 5 bilhões de anos.

A luz foi emitida 500 milhões de anos antes de o Sol e a Terra terem se formado.

Muitas dessas estrelas na foto não existem mais, pois seu combustível nuclear esgotou-se há bilhões de anos.

As imagens grandes e distorcidas à esquerda são versões muito ampliadas (e alongadas) dessa galáxia distante, que talvez não fosse visível de outra forma.

 Trabalhar  de  trás  para  a  frente  com  essa  imagem  para  determinar  a  distribuição  de  massa  subjacente  no  aglomerado  é  um  desafio  matemático  complicado  e  complexo.

Para fazê-lo, Tyson construiu um modelo computadorizado do aglomerado e traçou os raios através desse aglomerado de todos os jeitos possíveis, usando as leis da relatividade para determinar os caminhos mais apropriados, até que o melhor resultado correspondesse às suas observações.

Quando a poeira baixou, Tyson e seus colaboradores obtiveram uma imagem gráfica que exibia precisamente onde a massa estava localizada nesse sistema: Há algo de estranho nessa imagem.

Os picos no gráfico representam a localização das galáxias visíveis na imagem original, mas a maior parte da massa do sistema localiza-se entre as galáxias, de forma suave e escura.

Na verdade, há mais de quarenta vezes mais massa entre as galáxias do que na matéria visível do sistema (trezentas vezes mais do que a massa contida nas estrelas com o restante da matéria visível que fica no gás quente entre elas).

A matéria escura claramente não está confinada nas galáxias, mas também domina a densidade dos aglomerados.

 Físicos  como  eu  não  ficaram  surpresos  com  essa  descoberta.

Embora não tivéssemos um pingo de evidência, esperávamos que a quantidade de matéria escura devesse ser suficiente para resultar em um Universo plano, ou seja, deveria haver mais de cem vezes tanto de matéria escura quanto de matéria visível no Universo.

A  razão  era  simples:  um  Universo  plano  é  o  único  matematicamente  belo.

Por quê? Preste atenção.

Sendo  ou  não  suficiente  para  produzir  um  Universo  plano,  observações  como  essas  obtidas  por  lentes  gravitacionais  (lembre-se  de  que  as  lentes  gravitacionais  resultam  da  curvatura  local  do  espaço  ao  redor  de  objetos  massivos;  o  achatamento  do  Universo  relaciona-se  à  curvatura  média  global  do  espaço,  ignorando-se  ondulações  locais  ao  redor  de  objetos  massivos)  e  as  mais  recentes  de  outras  áreas  da  astronomia  confirmaram  que  a  quantidade  total  de  matéria  escura  nas  galáxias  e  nos  aglomerados  é  hoje  muito  maior  do  que  a  permitida  pelos  cálculos  da  nucleossíntese  do  Big  Bang.

Agora temos quase certeza de que a matéria escura — cuja teoria, reitero, tem sido comprovada por diversos contextos astrofísicos, de galáxias a aglomerados — deve ser feita de algo inteiramente novo, que não existe na Terra.

Esse tipo de coisa não é matéria estelar nem terrestre.

Mas é, de fato, alguma coisa! As primeiras conclusões quanto à matéria escura em nossa galáxia geraram um novo campo de física experimental, e fico feliz em dizer que contribuí para seu desenvolvimento.

Como mencionei anteriormente, as partículas de matéria escura estão ao nosso redor — no cômodo onde estou escrevendo, assim como “lá fora”, no espaço.

Assim, podemos fazer experimentos para procurar por ela e pelo novo tipo de partícula elementar que a compõe.

Os  experimentos  estão  sendo  realizados  em  minas  e  túneis  subterrâneos.

Por que no subterrâneo? Porque na superfície da Terra somos bombardeados por todo tipo de raios cósmicos, do Sol e de objetos muito mais distantes.

Como a matéria escura, por natureza, não interage de forma eletromagnética para produzir luz, concluímos que suas interações com a matéria normal são extremamente fracas, ou seja, muito difíceis de detectar.

Mesmo se formos bombardeados todos os dias com milhões de partículas de matéria escura, a maior parte delas passará por nós e pela Terra sem nem “saber” que estamos aqui, e vice-versa.

Então, se quisermos detectar os efeitos das raras exceções à regra — partículas de matéria escura que saltam de átomos da matéria —, é bom que estejamos preparados para detectar acontecimentos muito raros.

Apenas no subterrâneo estamos protegidos o suficiente dos raios cósmicos, mesmo que conceitualmente.

Enquanto  escrevo  isso,  no  entanto,  está  surgindo  uma  nova  possibilidade  animadora.

O Grande Colisor de Hádrons, em Genebra, um superacelerador de partículas, entrou em funcionamento em 2008.

Temos muitos motivos para acreditar que, com as energias altíssimas com que prótons são jogados uns contra os outros no dispositivo, condições similares às do início do Universo serão recriadas, ainda que apenas em regiões microscopicamente pequenas.

Nelas, as mesmas interações que devem ter produzido as partículas de matéria escura no início do Universo podem hoje gerar partículas semelhantes em laboratório.

Vem acontecendo, assim, uma grande corrida.

Quem detectará as partículas de matéria escura primeiro: os pesquisadores no subterrâneo ou os cientistas que trabalham no Grande Colisor de Hádrons? A boa notícia é que, independentemente de quem ganhar a corrida, ninguém perde.

Todos ganhamos, ao descobrir o constituinte definitivo da matéria.

Embora  as  medições  astrofísicas  que  descrevi  não  revelem  a  identidade  da  matéria  escura,  elas  indicam  quanto  dessa  matéria  existe.

A quantidade total de matéria no Universo foi, de fato, determinada pelas medições das lentes gravitacionais, combinadas a observações de emissões de raios X dos aglomerados.

É possível obter estimativas independentes da massa total dos aglomerados porque a temperatura dos gases nos que produzem os raios X é relacionada à massa total do sistema em que eles são emitidos.

Os resultados foram surpreendentes e, como já mencionei, decepcionantes para muitos cientistas.

Quando a poeira baixou, literal e metaforicamente, determinou-se que a massa total dentro e em volta de galáxias e aglomerados era apenas 30% do total necessário para obter um Universo plano.

(Isso corresponde a mais de quarenta vezes a massa representada pela matéria visível, que, por sua vez, corresponde a menos de 1% da massa necessária para resultar em um Universo plano.

) Einstein teria ficado de boca aberta se soubesse que sua “pequena publicação” está, no fim das contas, longe de ser inútil.

Complementado por novas ferramentas experimentais e observacionais impressionantes que abriram novas janelas no cosmos — novos acontecimentos teóricos que o teriam espantado e encantado —, além da descoberta de matéria escura que provavelmente aumentaria sua pressão arterial, o pequeno passo de Einstein em direção ao mundo do espaço curvo transformou-se num salto gigantesco.

No início dos anos 1990, o Santo Graal da cosmologia havia sido aparentemente alcançado.

Observações determinaram que vivemos em um Universo aberto, um Universo que, portanto, estaria em expansão eterna.

Será mesmo? LUZ DO INÍCIO DOS TEMPOS Assim como era no princípio, é agora e será sempre… “Glória ao Pai” SE PARARMOS PARA PENSAR, a tentativa de determinar a curvatura do Universo medindo a massa total contida nele e, em seguida, usando as equações da teoria da Relatividade Geral para trabalhar de trás para frente apresenta enormes problemas potenciais.

Inevitavelmente, temos de imaginar que a matéria pode estar tão escondida que não teremos como descobri-la.

Por exemplo, só podemos provar a existência de matéria usando a dinâmica gravitacional de sistemas visíveis como galáxias e aglomerados.

Se a massa significativa estiver em outro lugar, não a veremos.

Seria muito melhor medir logo a geometria de todo o Universo visível.

Mas  como  podemos  medir  a  geometria  tridimensional  de  todo  o  Universo  visível?  É  mais  fácil  começar  com  uma  pergunta  mais  simples:  como  determinar  se  um  objeto  bidimensional  como  a  superfície  da  Terra  é  curvado  se  não  pudermos  contornar  a  Terra  ou  olhar  para  ela  de  um  satélite?    Antes,  poderíamos  fazer  a  seguinte  pergunta  a  um  aluno  do  ensino  médio:  qual  é  a  soma  dos  ângulos  de  um  triângulo?  (mas  escolha  a  escola  com  cuidado;  uma  escola  europeia  seria  uma  boa  aposta.

) Ele responderia 180 graus, porque, sem dúvida, aprendeu geometria euclidiana — a geometria plana.

Em uma superfície curva bidimensional, como um globo, pode-se desenhar um triângulo, e a soma de seus ângulos seria muito maior que 180 graus.

Por exemplo, desenhe uma linha ao longo do equador, então faça um ângulo reto, subindo até o polo Norte, e outro ângulo reto, voltando ao equador, como mostrado a seguir.

Três vezes 90 são 270, muito mais que 180.

Voilà! Acontece que esse simples pensamento bidimensional estende-se de maneira direta e idêntica a três dimensões, porque os matemáticos que propuseram a geometria espacial, ou não euclidiana, pela primeira vez perceberam que as mesmas possibilidades poderiam existir em três dimensões.

Na verdade, o matemático mais famoso do século XIX, Carl Friedrich Gauss, ficou tão fascinado com a possibilidade de nosso Universo ser curvo que usou dados de mapas de pesquisa geodésica dos anos 1820 e 1830 para medir triângulos grandes entre os topos das montanhas Hohenhagen, Inselberg e Brocken e determinar alguma curvatura no próprio espaço.

Claro, o fato de as montanhas estarem na superfície curva da Terra significa que sua curvatura bidimensional teria interferido em qualquer medição que ele realizasse para investigar a curvatura no espaço tridimensional no qual a Terra está situada, o que ele devia saber.

Acredito que Gauss estava planejando subtrair qualquer contribuição do tipo de seus resultados finais para ver se qualquer curvatura restante poderia ser atribuível a uma curvatura do próprio espaço.

A  primeira  pessoa  que  tentou  medir  a  curvatura  do  espaço  foi  um  matemático  obscuro,  Nikolai  Ivanovich  Lobachevsky,  que  vivia  na  remota  Kazan,  na  Rússia.

Ao contrário de Gauss, Lobachevsky foi um dos dois matemáticos que tiveram a ousadia de propor na imprensa a possibilidade de existência das chamadas geometrias curvas “hiperbólicas”, quando linhas paralelas podem divergir.

Notavelmente, em 1830, Lobachevsky publicou seu estudo sobre geometria hiperbólica (hoje chamada de Universos “negativamente curvos” ou “abertos”).

Pouco  tempo  depois,  ao  questionar  se  o  Universo  tridimensional  poderia  ser  hiperbólico,  Lobachevsky  sugeriu  “investigar  um  triângulo  estelar  para  uma  resolução  experimental  da  questão”.

Sugeriu que a estrela brilhante Sirius poderia ser observada a cada seis meses, quando a Terra estivesse em qualquer dos lados de sua órbita.

Ele concluiu que qualquer curvatura do Universo deve ter pelo menos 166 mil vezes o raio da órbita da Terra.

É  um  número  alto,  mas  insignificante  em  escalas  cósmicas.

Infelizmente, embora Lobachevsky estivesse certo, estava limitado pela tecnologia de seu tempo.

No entanto, 150 anos depois, resultados puderam ser obtidos, graças às análises mais importantes de toda a cosmologia: as medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, ou RCFM.

A  RCFM  não  é  nada  menos  que  o  brilho  remanescente  do  Big  Bang.

Ela fornece evidência direta, caso seja necessário, de que o Big Bang realmente aconteceu, porque permite que detectemos a natureza de um Universo muito jovem e quente do qual surgiram todas as estruturas que vemos hoje.

Uma  das  muitas  coisas  impressionantes  sobre  a  RCFM  é  que  ela  foi  descoberta  em  Nova  Jersey  por  dois  cientistas  que  não  tinham  a  menor  ideia  do  que  estavam  procurando.

Outra coisa é que ela estava embaixo de nosso nariz por décadas, potencialmente observável, mas nunca a tínhamos visto.

Na verdade, talvez você tenha idade suficiente para ter visto seus efeitos sem perceber, se ainda lembrar a época anterior à chegada da TV a cabo, quando os canais costumavam encerrar a transmissão nas primeiras horas do dia e não transmitiam programas a noite toda.

Quando saíam do ar, após transmitir um padrão de teste, a tela ficava estática.

Cerca de 1% dessa estática era resto de radiação do Big Bang.

A  origem  da  radiação  cósmica  de  fundo  em  micro-ondas  é  relativamente  simples.

Como o Universo tem uma idade finita (lembre-se, ele tem 13,72 bilhões de anos), e se ao olharmos para objetos cada vez mais distantes estamos olhando cada vez mais para trás no tempo (já que a luz leva mais tempo para chegar até nós vindo desses objetos), podemos imaginar que, se olhássemos para longe o suficiente, veríamos o próprio Big Bang.

Inicialmente isso não é possível, pois, na prática, entre nós e os primórdios há uma parede.

Não uma parede física como as do cômodo onde estou escrevendo, mas uma parede que, em grande medida, tem o mesmo efeito.

Não consigo ver através das paredes do meu escritório porque elas são opacas.

Absorvem a luz.

Agora, quando olho cada vez mais para trás no tempo, posso ver o Universo cada vez mais jovem e cada vez mais quente, já que ele vem resfriando desde o Big Bang.

Se eu olhar para trás o suficiente, para um tempo em que o Universo tinha cerca de 300 mil anos, verei que sua temperatura era de mais ou menos 3 mil graus (Kelvin)* acima do zero absoluto.

Nessas condições, a radiação ambiente era tão energética que era capaz de quebrar os átomos dominantes do Universo, átomos de hidrogênio, em seus constituintes, prótons e elétrons.

Antes disso, a matéria neutra não existia.

Toda a matéria do Universo era composta de um plasma denso de partículas carregadas que interagiam com a radiação.

Um  plasma  é,  no  entanto,  radiação  opaca.

Suas partículas carregadas absorvem prótons e os reemitem para que a radiação não consiga passar através de um determinado material de forma ininterrupta.

Assim, se eu tentar olhar para trás no tempo, não poderei ver quando foi a última vez que a matéria foi composta pelo tal plasma.

Mais  uma  vez,  funciona  como  as  paredes  do  meu  escritório.

Só posso vê-las porque os elétrons da superfície da parede absorvem luz da luz do meu escritório e a reemitem.

Além disso, o ar entre mim e as paredes é transparente, então consigo ver todo o caminho até a superfície da parede que emitiu a luz.

O mesmo acontece com o Universo.

Quando olho para ele, consigo ver tudo até a “superfície de última difusão”, o ponto no qual o Universo se tornou neutro (quando prótons e elétrons foram combinados para formar átomos neutros).

A partir daí, o Universo se tornou transparente à radiação, e agora é possível ver a radiação absorvida e reemitida pelos elétrons, uma vez que a matéria do Universo se tornou neutra.

É  uma  previsão  do  conceito  do  Big  Bang  do  Universo  que  deveria  haver  radiação  vindo  até  mim  de  todas  as  direções  a  partir  daquela  “superfície  de  última  difusão”.

Como o Universo se expandiu por um fator de mais ou menos 1.

000 desde aquele tempo, a radiação resfriou-se e hoje está aproximadamente 3 graus acima do zero absoluto.

E foi exatamente esse o sinal que os dois cientistas desafortunados descobriram, em 1965, em Nova Jersey — e por essa descoberta receberam o prêmio Nobel.

Na  verdade,  um  segundo  Nobel  foi  dado  mais  recentemente  por  observações  da  radiação  cósmica  de  fundo  em  micro-ondas,  e  com  razão.

Se pudéssemos “tirar uma foto” da “superfície de última difusão”, teríamos uma imagem do Universo neonatal, com menos de 300 mil anos de existência.

Veríamos todas as estruturas que um dia entrariam em colapso e formariam galáxias, estrelas, planetas, alienígenas e todo o restante.

Mais importante, observaríamos essas estruturas antes de terem sido afetadas por toda a evolução dinâmica subsequente que obscureceu a natureza fundamental e a origem das pequenas perturbações na matéria e na energia, criadas por processos exóticos nos primeiros momentos do próprio Big Bang.

Mais  determinante  para  nosso  propósito,  no  entanto,  é  que  nessa  superfície  haveria  uma  escala  característica,  impressa  por  nada  mais  que  o  próprio  tempo.

Entenda assim: se considerarmos uma distância de cerca de 1 grau na superfície de última difusão vista por um observador na Terra, isso corresponderia a uma distância nessa superfície de cerca de 300 mil anos-luz.

Agora, como a superfície de última difusão reflete um tempo em que o próprio Universo tinha cerca de 300 mil anos, e como Einstein afirma que nenhuma informação pode viajar pelo espaço numa velocidade mais rápida que a da luz, isso significa que nenhum sinal poderia viajar por essa superfície naquele tempo cruzando mais que 300 mil anos-luz.

Considere  uma  massa  de  matéria  de  diâmetro  menor  que  300  mil  anos-luz.

Essa massa teria começado a entrar em colapso devido à sua própria gravidade.

No entanto, uma massa maior que 300 mil anos-luz de diâmetro nem começaria a entrar em colapso, porque ainda nem “sabe” que é uma massa.

A gravidade, que também viaja na velocidade da luz, não poderia ter percorrido toda a extensão da massa.

Então, como o Coiote no desenho do Papa-Léguas, que corre em direção a um penhasco e fica suspenso no ar, a massa simplesmente ficará lá, esperando entrar em colapso quando o Universo tiver idade suficiente para que ela o faça.

Distingue-se  disso  uma  espécie  de  triângulo,  com  um  lado  com  300  mil  anos- luz,  uma  distância  conhecida  de  nós,  determinada  pela  distância  entre  nós  e  a  superfície  de  última  difusão,  conforme  demonstrado  abaixo.

 As  maiores  massas  de  matéria,  que  já  terão  começado  a  entrar  em  colapso  e  a  produzir  pontos  quentes  na  imagem  da  superfície  de  fundo  em  micro-ondas,  abrangerão  essa  escala  angular.

Se pudermos obter uma imagem dessa superfície como ela era naquele tempo, esses pontos quentes deveriam ser, em média, as maiores e mais significativas massas de matéria que veríamos na imagem.

No  entanto,  o  fato  de  o  ângulo  alcançado  por  essa  distância  ser  precisamente  1  grau,  na  verdade,  será  determinado  pela  geometria  do  Universo.

Em um Universo plano, os raios de luz viajam em linhas retas.

Em um Universo aberto, contudo, os raios de luz dobram-se para fora conforme os observamos para trás no tempo.

Em um Universo fechado, raios de luz convergem conforme os observamos para trás no tempo.

Assim, o ângulo real formado em nosso olho por uma régua que tem 300 mil anos-luz de comprimento, localizada a uma distância associada à superfície de última difusão, depende da geometria do Universo, como demonstrado abaixo: Isso fornece um teste direto e claro da geometria do Universo.

Como o tamanho dos maiores pontos (quentes ou frios) da imagem da radiação de fundo em micro- ondas depende apenas da causalidade — a gravidade só pode se propagar à velocidade da luz e, assim, a maior região que pode ter entrado em colapso naquele tempo é determinada pela maior distância que um raio de luz pode ter viajado naquele tempo — e como o ângulo que vemos determinado por uma régua fixa a certa distância é determinado apenas pela curvatura do Universo, Coisa focccuma simples imagem da superfície de última difusão pode revelar a geometria do espaço-tempo.

A  primeira  tentativa  para  comprovar  essa  observação  foi  um  experimento  com  um  balão  realizado  na  Antártica  em  1997,  chamado  BOOMERANG.

Embora, em inglês, a palavra seja um acrônimo de Balloon Observations of Milimetric Extragalactic Radiation And Geophysics (Observações em Balão de Radiação Extragaláctica Milimétrica e Geofísica), a razão pela qual o experimento foi batizado assim é mais simples.

Um radiômetro de micro-ondas foi preso a um balão de alta altitude, como mostrado na figura.

 O  balão  então  viajou  ao  redor  do  mundo,  o  que  é  fácil  de  se  fazer  na  Antártica.

Na verdade, no polo Sul é muito fácil fazer isso, já que se pode simplesmente dar a volta em um círculo.

No entanto, sair da estação McMurdo, contornar o continente, com a ajuda dos ventos polares, e retornar ao ponto de partida levou duas semanas, por isso o nome BOOMERANG.

 A  trajetória  do  balão  ao  redor  da  Antártica    O  objetivo  da  viagem  de  balão  era  simples.

Para conseguir uma visão do fundo em micro-ondas, refletindo uma temperatura de 3 graus acima do zero absoluto (escala Kelvin),** que não fosse contaminada pela matéria da Terra, muito mais quente (mesmo na Antártica as temperaturas são 200 graus mais quentes que a temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas), devemos ir ao ponto mais longe possível acima do solo e até da própria atmosfera da Terra.

Satélites são usados para esse fim, mas balões de alta altitude podem fazer o mesmo por um valor menor.

De  qualquer  forma,  após  duas  semanas,  o  BOOMERANG  retornou  com  a  imagem  de  uma  pequena  parte  do  céu  em  micro-ondas,  mostrando  pontos  quentes  e  frios  no  padrão  de  radiação  vindo  da  superfície  de  última  difusão.

A seguir, uma imagem da região que o experimento observou (com “pontos quentes” e “pontos frios” em tons escuros e claros, respectivamente), sobreposta à foto original do experimento: Essa imagem tem duas finalidades.

Primeiro, mostra a escala física verdadeira de pontos quentes e frios vistos no céu pelo BOOMERANG, com os elementos em primeiro plano para comparação; mas também ilustra outro aspecto importante daquilo que só pode ser chamado de miopia cósmica.

Quando olhamos para cima em um dia ensolarado, vemos o céu azul, como mostrado na imagem anterior do satélite.

Isso se deve ao fato de termos evoluído no sentido de ver luz visível.

Isso acontece, sem dúvida, tanto porque a luz da superfície do Sol atinge o ponto máximo na região visível quanto porque muitos outros comprimentos de onda de luz são absorvidos na atmosfera terrestre, não podendo chegar até a superfície (ainda bem, já que muito dessa radiação pode ser prejudicial).

De qualquer forma, se tivéssemos evoluído a ponto de “ver” a radiação em micro-ondas, a imagem que veríamos do céu, de dia ou de noite, contanto que não estivéssemos olhando diretamente para o Sol, nos levaria diretamente de volta a uma imagem da superfície de última difusão, a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância.

Essa é a “imagem” que o detector do BOOMERANG nos retornou.

O  primeiro  voo  do  BOOMERANG  que  produziu  essa  imagem  foi  muito  bem- sucedido.

A Antártica é um ambiente hostil e imprevisível.

Em um voo posterior, em 2003, o experimento quase fracassou devido ao mau funcionamento do balão e à tempestade subsequente.

A decisão de desvencilhar o dispositivo do balão antes que ele fosse levado para algum lugar inacessível foi providencial, e uma missão de busca e resgate localizou a carga na planície da Antártica, recuperando o recipiente pressurizado que continha os dados científicos.

Antes  de  interpretar  a  imagem  do  BOOMERANG,  quero  enfatizar  mais  uma  vez  que  o  tamanho  físico  real  dos  pontos  quentes  e  frios  gravados  são  fixados  por  física  simples  associada  à  superfície  de  última  difusão,  enquanto  os  tamanhos  medidos  dos  pontos  quentes  e  frios  na  imagem  derivam  da  geometria  do  Universo.

Uma analogia bidimensional simples pode ajudar a explicar melhor o resultado: em 2D, uma geometria fechada lembra uma esfera, enquanto uma geometria aberta lembra um guidão de bicicleta.

Se desenharmos um triângulo nessas superfícies, observaremos o efeito que descrevi: linhas retas convergem na esfera e divergem no guidão e, é claro, permanecem retas na superfície plana: Então, a pergunta de 1 milhão de dólares agora é: qual é o tamanho dos pontos quentes e frios na imagem do BOOMERANG? Para responder, a pesquisa preparou diversas imagens simuladas de pontos quentes e frios, conforme seriam vistos em Universos abertos, fechados e planos, e comparou-as com (outra falsa cor) imagens do verdadeiro céu em micro-ondas: Se examinarmos a imagem da simulação de um Universo fechado, veremos que a média dos pontos é maior do que no Universo real.

No Universo aberto, o tamanho médio dos pontos é menor.

Mas, assim como o Princípio de Cachinhos Dourados, só a imagem do Universo plano é a correta.

O Universo matematicamente belo que os teóricos esperavam parecia ser sustentado por essa constatação, embora entre em conflito com a estimativa feita ao avaliar os aglomerados de galáxias.

Na  verdade,  a  compatibilidade  entre  as  previsões  de  um  Universo  plano  e  a  imagem  obtida  pelo  BOOMERANG  é  quase  vergonhosa.

Examinando os pontos e procurando os que entraram em colapso significativo no tempo refletido na superfície de última difusão, a equipe do BOOMERANG produziu o gráfico a seguir: Os dados são os pontos.

A linha cheia dá a previsão de um Universo plano, cuja maior colisão ocorre perto de 1 grau.

Depois  que  o  experimento  BOOMERANG  publicou  seus  resultados,  uma  análise  de  satélite  muito  mais  sensível  do  fundo  em  micro-ondas  foi  lançada  pela  Nasa,  a  Wilkinson  Microwave  Anisotropy  Probe  (WMAP).

Batizada em homenagem ao físico David Wilkinson — membro da equipe da Universidade de Princeton que teria descoberto o RCFM se os cientistas dos Laboratórios Bell não tivessem chegado antes —, a sonda WMAP foi lançada em junho de 2001.

Foi enviada para uma distância de 2,4 milhões de quilômetros da Terra, onde, no lado que estava mais distante do Sol, pôde ver o céu em micro-ondas sem contaminação de luz.

Ao longo de um período de sete anos, a WMAP fotografou todo o céu em micro-ondas com precisão inédita (não apenas uma porção do céu, como fez o BOOMERANG, uma vez que este teve de lidar com a presença da Terra embaixo de si).

 Na  imagem  da  WMAP,  todo  o  céu  é  projetado  em  um  plano,  exatamente  como  a  superfície  do  globo  é  projetada  em  um  mapa-múndi.

O plano para nossa galáxia ficaria ao longo do equador, e 90 graus acima de nossa galáxia fica o polo Norte; 90 graus abaixo, o polo Sul.

A imagem da galáxia, no entanto, foi removida do mapa para refletir puramente a radiação que vem da superfície de última difusão.

Com  esse  tipo  de  dados,  uma  estimativa  muito  mais  precisa  da  geometria  do  Universo  pôde  ser  feita.

Uma trama do WMAP, análoga à apresentada para a imagem do BOOMERANG, confirma com precisão de 1% que vivemos em um Universo plano! A expectativa dos teóricos estava correta.

Contudo, mais uma vez, não podemos ignorar a aparente inconsistência óbvia desse resultado em relação ao que descrevi no último capítulo.

Pesar o Universo medindo a massa de galáxias e aglomerados produz um valor menor em um fator de 3 do que a quantidade necessária para resultar em um Universo plano.

Algo tem que ceder.

Enquanto  os  cientistas  comemoravam  por  terem  descoberto  que  o  Universo  é  plano,  quase  ninguém  se  preparou  para  a  surpresa  que  a  natureza  tinha  reservado  para  resolver  as  estimativas  contraditórias  da  geometria  do  Universo  vindas  da  medição  da  massa  versus  a  medição  da  curvatura.

A energia que faltava para resultar em um Universo plano revelou estar escondida bem debaixo de nosso nariz, literalmente.

 Notas    *  Ver  nota  1.

(N.

E.

) ** Ver nota 1.

(N.

E.

) MUITO BARULHO POR NADA Menos é mais.

Ludwig  Mies  van  der  Rohe,  a  partir  de  Robert  Browning    UM  PASSO  PARA  A  FRENTE,  dois  para  trás.

Era o que parecia acontecer na nossa busca por compreender o Universo e dar a ele uma configuração precisa.

Embora as observações tivessem finalmente definido a curvatura do Universo — e, no processo, validado suspeitas teóricas antigas —, de repente, ainda que fosse notável a existência de dez vezes mais matéria do que o correspondente aos prótons e nêutrons, mesmo aquela quantidade massiva de matéria escura — compreendendo 30% do necessário para produzir um Universo plano — não estava nem perto do necessário para corresponder a toda a energia do Universo.

A medição direta da geometria do Universo e a consequente descoberta de que ele é plano significou que 70% de sua energia ainda estavam faltando, sem estar dentro ou ao redor das galáxias, ou mesmo dos aglomerados de galáxias! As coisas não eram tão chocantes quanto as fiz parecer.

Mesmo antes das medições da curvatura do Universo e da determinação da massa total agrupada dentro dele (descritas no capítulo 2), havia sinais de que a imagem teórica convencional do Universo que tínhamos na época — com matéria escura suficiente (três vezes mais do que hoje sabemos que existe, na verdade) para ser espacialmente plano — não condiziam com as observações.

De fato, em 1995, eu escrevera um artigo herege com Michael Turner, um colega da Universidade de Chicago, no qual sugeria que essa imagem convencional podia não estar correta e que, na verdade, a única possibilidade que parecia consistente tanto com um Universo plano (nossa preferência teórica na época) quanto com as observações dos aglomerados de galáxias e suas dinâmicas internas era um Universo muito mais bizarro e que remontava a uma ideia teórica louca que Albert Einstein teve em 1917 — abandonada desde então — para resolver a contradição aparente entre as previsões de sua teoria e o Universo estático em que ele achava que vivíamos.

Pelo  que  me  lembro,  nossa  motivação  residia  mais  em  mostrar  que  algo  estava  errado  com  a  sabedoria  dominante  do  que  sugerir  uma  solução  para  o  problema.

A proposta parecia muito louca para realmente se acreditar nela, então acho que ninguém ficou mais surpreso do que nós mesmos quando se descobriu, três anos depois, que nossa sugestão herege era precisa! Voltemos a 1917.

Lembre-se de que Einstein desenvolvera a teoria da Relatividade Geral e tivera palpitações de alegria por poder explicar a precessão do periélio de Mercúrio, mesmo que essa teoria não explicasse o Universo estático em que ele acreditava viver.

Se  tivesse  mais  certeza  de  suas  convicções,  talvez  Einstein  previsse  que  o  Universo  não  podia  ser  estático.

Mas não.

Em vez disso, percebeu que podia fazer uma pequena mudança em sua teoria — uma mudança que concordava com os argumentos matemáticos que o levaram a desenvolver a teoria da Relatividade Geral e que pareciam permitir um Universo estático.

Embora  os  detalhes  sejam  complexos,  a  estrutura  geral  das  equações  de  Einstein  na  teoria  da  Relatividade  Geral  é  razoavelmente  simples.

O lado esquerdo das equações descreve a curvatura do Universo e, consequentemente, a intensidade das forças gravitacionais que agem na matéria e na radiação.

A quantidade dessas forças é determinada no lado direito da equação, que reflete a densidade total de todos os tipos de energia e matéria do Universo.

Einstein  percebeu  que  acrescentar  uma  pequena  constante  extra  ao  lado  esquerdo  da  equação  produziria  uma  pequena  força  repulsiva  constante  extra  em  todo  o  espaço  além  da  atração  gravitacional  padrão  entre  objetos  distantes,  que  diminui  conforme  a  distância  entre  eles  aumenta.

Se fosse pequena o suficiente, essa força extra poderia ser indetectável em escalas humanas ou mesmo na escala do nosso sistema solar, onde a lei da gravitação de Newton funciona tão bem.

Porém, ele pensou que, como era constante em todo o espaço, poderia ser maior que a escala de nossa galáxia e grande o suficiente para neutralizar as forças atrativas entre objetos muito distantes.

Por isso, Einstein pensou que essa estrutura poderia resultar em um Universo estático em escalas maiores.

Einstein  chamou  seu  termo  extra  de  termo  cosmológico.

Por ser apenas o acréscimo de uma constante às equações, agora é convencional chamar esse termo de constante cosmológica.

Depois  de  reconhecer  que  o  Universo  estava  em  expansão,  Einstein  dispensou  seu  termo.

Dizem que a decisão de adicioná-lo foi um de seus maiores tropeços.

Mas  livrar-se  de  um  termo  não  é  tão  fácil  assim.

É como tentar colocar a pasta de dentes de volta no tubo depois de tê-lo apertado.

Hoje, temos uma imagem completamente diferente da constante cosmológica, de modo que, se Einstein não tivesse adicionado o termo, outra pessoa o teria feito anos depois.

Deslocar  o  termo  de  Einstein  do  lado  esquerdo  das  equações  para  o  lado  direito  é  um  pequeno  passo  para  um  matemático,  mas  um  salto  gigantesco  para  um  físico.

Embora seja completamente trivial fazê-lo matematicamente, uma vez que ele esteja do lado direito, onde ficam todos os termos que contribuem para a energia do Universo, representará algo completamente diferente do ponto de vista físico: uma nova contribuição para a energia total.

Mas o termo poderia contribuir com o quê? A resposta é: nada.

Com  “nada”,  não  quero  dizer  nada,  mas  nada  —  nesse  caso,  o  nada  a  que  normalmente  chamamos  espaço  vazio.

Se eu pego uma região do espaço e me livro de tudo o que tem dentro dela — poeira, gases, pessoas e até mesmo a radiação que passa por ela, ou seja, absolutamente tudo o que existe naquela região —, e o espaço vazio tem algum peso, isso corresponderia à existência de um termo cosmológico como o inventado por Einstein.

Agora,  isso  faz  com  que  a  constante  cosmológica  de  Einstein  pareça  ainda  mais  maluca!  Qualquer  aluno  do  quinto  ano  é  capaz  de  dizer  quanta  energia  o  nada  contém,  mesmo  que  ele  não  saiba  o  que  é  energia.

A resposta deve ser nada.

Infelizmente,  a  maioria  dos  alunos  de  quinto  ano  não  teve  aula  de  mecânica  quântica  nem  estudou  relatividade.

Pois, quando se incorporam os resultados da teoria da Relatividade Especial de Einstein ao Universo quântico, o espaço vazio fica ainda mais estranho.

Tão estranho, na verdade, que até mesmo os primeiros físicos, que descobriram e analisaram esse novo comportamento, tiveram que se forçar a acreditar que ele realmente existia no mundo real.

A  primeira  pessoa  que  incorporou  com  sucesso  a  relatividade  à  mecânica  quântica  foi  o  brilhante  e  lacônico  físico  teórico  britânico  Paul  Dirac,  que  já  desempenhara  um  papel  de  liderança  no  desenvolvimento  da  mecânica  quântica  como  uma  teoria.

A  mecânica  quântica  foi  desenvolvida  entre  1912  e  1927,  por  meio  do  trabalho  do  brilhante  e  icônico  físico  dinamarquês  Neils  Bohr  e  de  dois  jovens  físicos     notáveis,  o  austríaco  Erwin  Schrödinger  e  o  alemão  Werner  Heisenberg.

O mundo quântico proposto inicialmente por Bohr e redefinido matematicamente por Schrödinger e Heisenberg desafia todas as noções comuns baseadas em experiências com objetos em escala humana.

Bohr propôs inicialmente que elétrons em átomos orbitam em torno do núcleo, como os planetas ao redor do Sol, mas demonstrou que as regras dos espectros atômicos observadas (as frequências da luz emitida por elementos distintos) só poderiam ser entendidas se de alguma forma os elétrons estivessem restritos a órbitas estáveis em um conjunto fixo de “níveis quânticos” e não pudessem espiralar livremente em direção ao núcleo.

Eles poderiam se deslocar entre os níveis absorvendo ou emitindo apenas frequências discretas, ou quânticas, de luz — as mesmas quânticas que Max Planck propusera em 1905 como modo de entender as formas de radiação emitidas por objetos quentes.

As  “regras  de  quantização”  de  Bohr  eram  bastante  ad  hoc,  no  entanto.

Nos anos 1920, Schrödinger e Heisenberg demonstraram de forma independente que era possível deduzir essas regras se os elétrons obedecessem a regras de dinâmica diferentes das aplicadas a objetos macroscópicos como bolas de beisebol.

Os elétrons poderiam se comportar tanto como ondas quanto como partículas, parecendo espalhar-se pelo espaço (daí a “função de onda” dos elétrons de Schrödinger).

Também foi demonstrado que os resultados das medições das propriedades dos elétrons produziram apenas determinações probabilísticas, sendo que várias combinações de propriedades distintas não eram exatamente mensuráveis ao mesmo tempo (daí o “Princípio da Incerteza”, de Heisenberg).

Dirac  demonstrara  que  a  matemática  proposta  por  Heisenberg  para  descrever  sistemas  quânticos  (pela  qual  o  alemão  ganhou  o  prêmio  Nobel  de  1932)  poderia  ser  derivada  por  meio  de  analogia  cuidadosa  com  as  leis  bem  conhecidas  que  governam  a  dinâmica  de  objetos  macroscópicos  clássicos.

Além disso, mais tarde, ele também conseguiu demonstrar que a matemática da “mecânica de ondas” de Schrödinger também poderia ser derivada e era formalmente equivalente à formulação de Heisenberg.

Porém, Dirac também sabia que a mecânica quântica de Bohr, Heisenberg e Schrödinger, por mais notável que fosse, se aplicava somente a sistemas em que as leis de Newton, e não a relatividade de Einstein, seriam adequadas para reger os sistemas clássicos com os quais os sistemas quânticos haviam sido construídos por analogia.

Dirac  gostava  de  pensar  em  termos  de  matemática  em  vez  de  imagens,  e,  ao  tentar  fazer  com  que  a  mecânica  quântica  fosse  compatível  com  as  leis  da  relatividade  de  Einstein,  começou  a  brincar  com  muitos  tipos  diferentes  de     equações.

Elas incluíam sistemas matemáticos multicomponentes complicados, necessários para incorporar a ideia de “rotação” dos elétrons, ou seja, de que elas giram como pequenos peões e têm momento angular, podendo também girar tanto no sentido horário quanto no sentido anti-horário em torno de qualquer eixo.

Em  1929,  o  britânico  descobriu  algo  valioso.

A equação de Schrödinger descrevera com beleza e exatidão o comportamento de elétrons que se movimentavam em velocidades muito menores que a da luz.

Dirac descobriu que, se a transformasse em uma equação mais complexa, usando objetos chamados de matrizes — o que, na verdade, descreveu um conjunto de quatro diferentes equações unidas —, poderia unificar de forma consistente a mecânica quântica e a relatividade, e assim, em princípio, descrever o comportamento de sistemas em que elétrons se moveriam a velocidades muito mais rápidas.

Havia  um  problema,  entretanto.

Dirac escrevera uma equação para demonstrar o comportamento de elétrons quando interagiam com campos elétricos e magnéticos.

Mas sua equação pareceu também requerer a existência de partículas novas, da mesma espécie dos elétrons, mas com carga elétrica oposta.

Na época, havia apenas uma partícula elementar conhecida na natureza com carga oposta à do elétron: o próton.

Mas os prótons são bem diferentes dos elétrons.

Para começo de conversa, eles são 2 mil vezes mais pesados! Dirac ficou confuso.

Em um ato de desespero, argumentou que as partículas novas eram, na verdade, os prótons, mas que, de alguma forma, quando se moviam no espaço, suas interações os faziam agir como se fossem pesados.

Não demorou muito para que outros físicos, incluindo Heisenberg, mostrassem que essa sugestão não fazia sentido.

A  natureza  logo  veio  resgatá-la.

Dois anos após Dirac propor sua equação e um ano após ele ter acatado e aceitado que, caso seu trabalho estivesse certo, uma partícula nova tinha que existir, pesquisadores que estudavam raios cósmicos que bombardeavam a Terra descobriram evidências de partículas novas, idênticas a elétrons, mas com carga elétrica oposta: os pósitrons.

Dirac  encontrou  apoio,  mas  também  reconheceu  a  falta  de  confiança  na  própria  teoria  ao  dizer  mais  tarde  que  sua  equação  era  mais  inteligente  que  ele  mesmo.

Hoje,  chamamos  o  pósitron  de  “antipartícula”  do  elétron  porque  a  teoria  de  Dirac  tornou-se  universal.

A mesma física que exigia uma antipartícula para o elétron exige uma antipartícula para toda partícula elementar da natureza.

Os prótons têm antiprótons, por exemplo.

Mesmo as neutras, como os nêutrons, têm antipartículas.

Quando partículas e antipartículas se encontram, elas se aniquilam em radiação pura.

Embora  isso  tudo  possa  parecer  ficção  científica  (e,  de  fato,  a  antimatéria  tem  um  papel  importante  em  Jornada  nas  estrelas),  criamos  antipartículas  o  tempo  todo  em  grandes  aceleradores  de  partículas.

Como as antipartículas têm as mesmas propriedades das partículas, um mundo feito de antimatéria teria o mesmo comportamento de um mundo feito de matéria, com antiamantes em anticarros fazendo antiamor sob uma antilua.

É quase um acidente circunstancial, devido a fatores mais profundos que discutiremos mais adiante, o fato de vivermos em um Universo feito de matéria e não de antimatéria, ou com a mesma quantidade de ambos.

Gosto de dizer que embora a antimatéria possa parecer estranha, é tão estranha quanto os belgas.

Não que eles sejam de fato estranhos, mas é que raramente os encontramos! A existência de antipartículas faz do mundo observável um lugar muito mais interessante, mas também faz do espaço vazio algo muito mais complicado.

O  lendário  físico  Richard  Feynman  foi  a  primeira  pessoa  a  desenvolver  uma  compreensão  intuitiva  do  porquê  da  relatividade  exigir  a  existência  de  antipartículas,  o  que  também  gerou  uma  demonstração  gráfica  de  que  o  espaço  vazio  não  é  assim  tão  vazio.

Para  Feynman,  a  relatividade  comprova  que  observadores  que  se  movimentam  a  velocidades  diferentes  farão  medições  diferentes  de  grandezas  como  distância  e  tempo.

Por exemplo, o tempo parecerá passar mais devagar para objetos que se movimentam muito rápido.

Se de alguma forma os objetos pudessem viajar numa velocidade mais rápida que a da luz, pareceriam voltar no tempo, um dos motivos por que a velocidade da luz é considerada um limite de velocidade cósmico.

Um  princípio  fundamental  da  mecânica  quântica,  no  entanto,  é  o  Princípio  da  Incerteza  de  Heisenberg,  que  afirma  ser  impossível  determinar,  para  certos  pares  de  quantidades,  como  posição  e  velocidade,  valores  exatos  para  um  dado  sistema  ao  mesmo  tempo.

Por outro lado, se medirmos dado sistema apenas para um intervalo de tempo finito e fixo, não poderemos determinar sua energia total com exatidão.

Tudo  isso  implica  que,  para  intervalos  curtos  de  tempo  —  tão  curtos  que  fica  impossível  medir  sua  velocidade  com  precisão  —,  a  mecânica  quântica  permite  que  essas  partículas  ajam  como  se  estivessem  se  movimentando  mais  rapidamente  que  a  luz!  Mas,  se  isso  for  verdade,  Einstein  afirma  que  elas  devem  se  comportar  como  se  estivessem  voltando  no  tempo!     Feynman  foi  muito  corajoso  ao  levar  a  sério  essa  possibilidade  aparentemente  louca  e  explorar  suas  implicações.

Ele desenhou o seguinte diagrama para um elétron em movimento, aumentando a aceleração ao longo de sua trajetória até ultrapassar a da luz.

 Ele  reconheceu  que  a  relatividade  afirmaria  que  outro  observador  poderia  medir  algo  que  pareceria  como  o  mostrado  a  seguir,  com  um  elétron  avançando  no  tempo,  regredindo  e  avançando  novamente.

  Contudo,  uma  carga  negativa  que  regride  no  tempo  é  matematicamente  equivalente  a  uma  carga  positiva  que  avança  no  tempo!  Então,  a  relatividade  exigiria  a  existência  de  partículas  positivamente  carregadas  com  igual  massa  e  diferentes  propriedades  das  dos  elétrons.

Nesse  caso,  o  segundo  desenho  de  Feynman  tem  outra  interpretação:  um  único  elétron  está  em  movimento,  e,  em  outro  ponto  no  espaço,  um  par  pósitron-elétron  é  criado  a  partir  do  nada;  então,  o  pósitron  encontra  o  primeiro  elétron  e  os  dois  se  aniquilam.

Depois disso, apenas um elétron entra em movimento: Se isso não incomoda você, então considere o seguinte: por um curto tempo, mesmo que se comece com apenas uma única partícula e se termine com uma única partícula, há três partículas em movimento: Nesse breve meio-tempo, por um segundinho, algo surgiu do nada! Feynman descreveu esse aparente paradoxo no trabalho “Uma teoria de pósitrons”, em 1949, com uma agradável analogia à guerra: É como se um artilheiro olhasse para uma única estrada pela mira de um bombardeiro voando baixo e de repente visse três estradas, e só quando duas delas se unissem e desaparecessem novamente ele percebesse que apenas sobrevoou uma curva fechada de uma única estrada.

Contanto  que  esse  período  de  tempo  durante  a  “curva  fechada”  seja  tão  curto  que  seja  impossível  medir  todas  as  partículas,  a  mecânica  quântica  e  a  relatividade  pressupõem  que  essa  situação  estranha  não  só  é  permitida,  como  exigida.

As partículas que aparecem e desaparecem nas curtas escalas de tempo para serem medidas são chamadas de partículas virtuais.

Inventar  todo  um  conjunto  novo  de  partículas  no  espaço  vazio  impossível  de  medir  é  o  mesmo  que  pedir  que  vários  anjos  se  sentem  na  cabeça  de  um  alfinete.

Seria ineficaz se essas partículas não tivessem outros efeitos mensuráveis.

Contudo, embora não sejam diretamente observáveis, seus efeitos indiretos produzem grande parte das características que vivenciamos hoje.

E não é só isso.

Também é possível calcular o impacto dessas partículas com mais precisão do que qualquer outra coisa na ciência.

Considere,  por  exemplo,  um  átomo  de  hidrogênio  —  o  sistema  que  Bohr  tentou  explicar  desenvolvendo  sua  teoria  quântica  e  Schrödinger  mais  tarde  tentou  descrever  por  meio  de  sua  famosa  equação.

A beleza da mecânica quântica jaz em sua capacidade de explicar as cores específicas da luz emitida pelo hidrogênio quando ele é aquecido, sob o argumento de que elétrons orbitando em volta do próton poderiam existir apenas em baixos níveis de energia e, quando pulassem de nível em nível, absorveriam ou emitiriam apenas um conjunto fixo de frequências de luz.

A equação de Schrödinger permite o cálculo das frequências previstas e dá a resposta quase precisa.

Mas  não  exatamente.

Quando  o  espectro  de  hidrogênio  foi  observado  com  mais  cuidado,  percebeu-se  que  a  coisa  era  mais  complicada,  com  algumas  pequenas  quebras  adicionais  entre  níveis,  chamadas  “estrutura  fina”  do  espectro.

Embora as quebras sejam conhecidas desde o tempo de Bohr — e houvesse a suspeita de que talvez efeitos relativistas tivessem algo a ver com elas —, enquanto uma teoria da Relatividade não estivesse disponível, não seria possível confirmar essa suspeita.

Felizmente, a equação de Dirac melhorou as previsões se comparada à de Schrödinger, e reproduziu a estrutura geral das observações, incluindo a estrutura fina.

Até  aí  tudo  bem,  mas  em  abril  de  1947,  o  pesquisador  norte-americano  Willis  Lamb  e  seu  aluno  Richard  C.

Retherford fizeram um experimento que poderia parecer incrivelmente mal-intencionado.

Os dois perceberam que tinham um recurso tecnológico favorável para medir a estrutura do nível de energia de átomos de hidrogênio com uma precisão de uma parte em 100 milhões.

Por  que  fariam  isso?  Bem,  o  desenvolvimento  de  um  novo  método  de  medição  mais  preciso  é  motivação  suficiente  para  que  os  pesquisadores  sigam  em  frente.

Novos mundos inteiros são frequentemente revelados no processo — como quando, em 1676, o cientista holandês Antonie Philips van Leeuwenhoek olhou pela primeira vez uma gota de água aparentemente vazia com um microscópio e descobriu que era cheia de vida.

Nesse caso, no entanto, os pesquisadores tinham uma motivação mais imediata.

Até o experimento de Lamb, a precisão disponível não podia testar completamente a previsão de Dirac.

A  equação  de  Dirac  produziu  a  estrutura  geral  das  novas  observações,  mas  a  questão  central  para  Lamb  era  se  ela  conseguia  prever  essa  configuração  detalhadamente.

Essa era a única forma de testar a teoria.

E, quando Lamb o fez, ela pareceu dar a resposta errada, a um nível de cerca de cem partes por bilhão, muito acima da sensibilidade de seu aparato.

A  pequena  discordância  com  o  experimento  pode  não  parecer  grande  coisa,  mas  as  previsões  mais  simples  da  teoria  de  Dirac  se  mostraram  irresolutas,  assim  como    o  experimento,  e  houve  divergência.

Durante os anos seguintes, as mais brilhantes mentes teóricas da física entraram na briga e tentaram resolver a discrepância.

A resposta veio depois de muito trabalho, e, quando a poeira tinha baixado, percebeu-se que a equação de Dirac dava a resposta precisa, caso fosse incluído o efeito das partículas virtuais.

Para compreender melhor, veja a explicação a seguir.

Átomos de hidrogênio geralmente são retratados em livros de química mais ou menos assim, com um próton no centro e um elétron orbitando ao redor dele, saltando entre os diferentes níveis: Contudo, uma vez que os pares pósitron-elétron aparecem espontaneamente do nada por um curto espaço de tempo antes de se aniquilarem, o átomo de hidrogênio se parece com a imagem a seguir durante o mesmo curto período de tempo: À direita está o par, que se aniquila na parte superior.

O elétron virtual, negativamente carregado, gosta de ficar mais próximo do próton, enquanto o pósitron costuma ficar mais longe.

De qualquer forma, a imagem deixa claro que a distribuição de carga real de um átomo de hidrogênio não é, em qualquer instante, descrita simplesmente por um único elétron e um único próton.

Extraordinariamente,  nós,  físicos,  aprendemos  (depois  de  todo  o  trabalho  duro  de  Feynman  e  outros)  que  podemos  usar  a  equação  de  Dirac  para  calcular  com  precisão  o  impacto  no  espectro  de  hidrogênio  de  todas  as  partículas  virtuais  possíveis  que  podem  existir  de  forma  intermitente  ao  seu  redor.

E quando fazemos isso, temos a melhor e mais precisa previsão de toda a ciência.

Todas as outras previsões científicas empalidecem quando comparadas a ela.

Em astronomia, as observações mais recentes da radiação cósmica de fundo em micro-ondas nos permitem fazer comparações com previsões teóricas a um nível de talvez uma parte em 100 mil, o que é impressionante.

No entanto, com a equação de Dirac e a existência prevista de partículas virtuais podemos calcular o valor de parâmetros atômicos e compará los com observações, obtendo coincidência notável a um nível de uma parte em 1 bilhão ou mais que isso.

Partículas  virtuais  existem,  então.

Embora  a  espetacular  precisão  disponível  em  física  atômica  seja  difícil  de  se  combinar,  há,  no  entanto,  outro  lugar  onde  partículas  virtuais  têm  um  papel-chave  que  pode,  na  verdade,  ser  mais  relevante  à  questão  central  deste  livro:  elas  são  responsáveis  por  grande  parte  da  sua  massa,  leitor,  e  de  tudo  visível  no  Universo.

Um  dos  grandes  sucessos  dos  anos  1970  em  nossa  compreensão  fundamental  da  matéria  veio  com  a  descoberta  de  uma  teoria  que  descreve  com  precisão  as  interações  entre  os  quarks,  as  partículas  que  constituem  os  prótons  e  nêutrons  que  formam  a  maior  parte  da  matéria  com  a  qual  você,  e  tudo  o  que  você  vê,  é  feito.

A matemática associada à teoria é complexa, e muitas décadas se passaram até que fossem desenvolvidas técnicas que pudessem lidar com ela, principalmente no regime em que a interação forte entre os quarks se tornou apreciável.

Um esforço hercúleo foi realizado, inclusive a construção de computadores supercomplicados, que utilizam simultaneamente dezenas de milhares de processadores individuais, para calcular as propriedades fundamentais de prótons e nêutrons, as partículas que medimos.

Depois  de  todo  esse  trabalho,  agora  temos  uma  boa  imagem  de  como  realmente  se  parece  o  interior  de  um  próton.

Ele pode conter três quarks, além de muitas outras coisas — em especial, partículas virtuais que refletem as partículas e os campos transmissores de força entre quarks surgindo e desaparecendo o tempo todo.

Aqui está uma imagem de como as coisas são.

Não é uma foto, é claro, mas uma representação artística da matemática que rege a dinâmica dos quarks e dos campos que os ligam.

As formas ímpares e os matizes diferentes refletem a força dos campos interagindo uns com os outros e com os quarks dentro do próton, enquanto partículas virtuais surgem e desaparecem espontaneamente.

 O  próton  está  sempre  cheio  dessas  partículas  virtuais,  e,  na  verdade,  quando  tentamos  estimar  quanto  elas  podem  contribuir  para  sua  massa,  descobrimos  que  os  quarks  fornecem  muito  pouco  da  massa  total,  e  que  os  campos  criados  por  essas  partículas  contribuem  com  a  maior  parte  da  energia  que  vai  para  a  energia  de  repouso  de  próton  e,  por  conseguinte,  para  sua  massa  de  repouso.

O mesmo acontece com o nêutron, e como você é feito de prótons e nêutrons, para você! Então, se podemos calcular os efeitos de partículas virtuais no espaço que acreditávamos ser vazio dentro e em volta dos átomos e os efeitos de partículas virtuais no espaço que acreditávamos ser vazio dentro dos prótons, não conseguiríamos calcular os efeitos de partículas virtuais no espaço verdadeiramente vazio? Bem, esse cálculo é, na verdade, muito mais difícil.

Isso porque, quando calculamos o efeito de partículas virtuais em átomos ou na massa do próton, estamos, na verdade, calculando a energia total do átomo ou do próton incluindo partículas virtuais; em seguida, calculamos a energia total com que as partículas virtuais contribuiriam sem a presença do átomo ou do próton (por exemplo, no espaço vazio); só então subtraímos os dois números para encontrar o impacto líquido no átomo ou no próton.

Fazemos tudo isso porque cada uma dessas duas energias é formalmente infinita quando tentamos resolver as equações devidas, mas, quando subtraímos as duas quantidades, ficamos com uma diferença finita, aliás, mais que isso, uma diferença que concorda com o valor medido com precisão.

No  entanto,  se  quisermos  calcular  o  efeito  de  partículas  virtuais  apenas  no  espaço  vazio,  não  teremos  nada  para  subtrair,  e  a  resposta  obtida  será,  então,  infinita.

Mas  a  infinidade  não  é  uma  quantidade  agradável,  pelo  menos  para  os  físicos,  e  tentamos  evitá-la  sempre  que  possível.

De fato, a energia do espaço vazio (ou de qualquer outra coisa) não pode ser fisicamente infinita, então precisamos calcular de forma a obter uma resposta finita.

A  fonte  da  infinidade  é  fácil  de  descrever.

Quando consideramos todas as partículas virtuais possíveis que podem aparecer, o Princípio da Incerteza de Heisenberg (que postula que a incerteza na energia medida de um sistema é inversamente proporcional à quantidade de tempo durante o qual o observamos) implica que partículas cada vez mais carregadas de energia podem aparecer espontaneamente do nada, contanto que desapareçam depois de um intervalo de tempo ainda menor.

Em princípio, partículas podem, então, carregar energia quase infinita, contanto que desapareçam em intervalos de tempo infinitamente curtos.

Porém,  as  leis  da  física  aplicam-se  apenas  a  distâncias  e  tempos  maiores  que  certo  valor,  correspondendo  à  escala  em  que  os  efeitos  da  mecânica  quântica  devem  ser  considerados  quando  se  tenta  entender  a  gravidade  (e  seus  efeitos  associados  no  espaço-tempo).

Até termos uma teoria de “gravidade quântica”, como ela é chamada, não podemos confiar em extrapolações.

Assim,  podemos  esperar  que  a  nova  física,  associada  à  gravidade  quântica,  corte  de  alguma  forma  os  efeitos  de  partículas  virtuais  que  vivem  por  um  tempo  menor  que  o  “tempo  de  Planck”,  como  é  chamado.

Se considerarmos os efeitos acumulativos de partículas de energia apenas virtuais iguais ou menores que o permitido por esse corte temporal, chegamos a uma estimativa finita para a energia em que partículas virtuais contribuem para o nada.

Mas  há  um  problema.

Acontece que a estimativa é cerca de 1.

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000 vezes maior que a energia associada a toda matéria conhecida do Universo, incluindo a matéria escura! Se o cálculo dos espaçamentos dos níveis atômicos de energia, incluindo partículas virtuais, é a melhor computação de toda a física, essa estimativa do espaço energético — 120 ordens de grandeza maior que a energia de qualquer outra coisa no Universo — é sem dúvida a pior! Se a energia do espaço vazio estivesse próxima a esse tamanho, a força repulsiva induzida (lembre-se de que a energia do espaço vazio corresponde a uma constante cosmológica) não seria grande o suficiente para explodir a Terra hoje, mas teria sido tão grande em tempos mais remotos que tudo teria sido separado tão rápido na primeira fração de segundo do Big Bang que nenhuma estrutura, nenhuma estrela, nenhum planeta e nenhuma pessoa teriam sido formados.

Esse  problema,  chamado  Problema  da  Constante  Cosmológica,  existe  desde  muito  antes  de  eu  entrar  na  pós-graduação  —  explicitado  pela  primeira  vez  pelo  cosmólogo  russo  Yakov  Zel’dovich  por  volta  de  1967.

Não foi resolvido até hoje e talvez seja o problema mais profundo da física atual.

Apesar  de  não  termos  ideia  de  como  resolvê-lo  mesmo  após  quarenta  anos,  nós,  físicos  teóricos,  sabemos  qual  deve  ser  a  resposta.

Assim como um aluno do quinto ano acertaria que a energia do espaço vazio tinha que ser zero, nós também sentíamos que, quando uma teoria definitiva fosse deduzida, ela explicaria como os efeitos de partículas virtuais seriam cancelados, deixando o espaço vazio com precisamente zero de energia.

Ou nada.

Ou melhor, Nada.

Nosso  raciocínio  tinha  mais  fundamento,  ou  era  o  que  pensávamos.

Precisávamos reduzir a magnitude da energia do espaço vazio do valor gigantesco estimado ingenuamente para um valor consistente com os limites mais altos permitidos pela observação.

Então, precisaríamos de alguma maneira subtrair um número negativo muito grande de um número positivo muito grande para que os dois se cancelassem em 120 casas decimais, deixando algo diferente de zero na 121ª casa decimal! Mas não há precedente na ciência para cancelar dois números grandes com tamanha precisão, deixando apenas algo minúsculo de resto.

No  entanto,  zero  é  um  número  fácil  de  produzir.

Simetrias da natureza permitem demonstrar contribuições precisamente iguais e opostas vindas de partes diversas de um cálculo, cancelando-se com exatidão, deixando precisamente nenhum resto.

Ou, de novo, Nada.

Assim,  nós,  teóricos,  fomos  capazes  de  descansar  e  dormir  à  noite.

Não sabíamos como chegar lá, mas sabíamos qual deveria ser a resposta final.

A  natureza,  entretanto,  tinha  algo  diferente  em  mente.

 UNIVERSO  EM  FUGA    É  simplesmente  desperdício  pensar  hoje  sobre  a  origem  da  vida;  deveríamos  pensar  sobre  a  origem  da  matéria.

Charles  Darwin,  1863    O  QUE  EU  E  MICHAEL  TURNER  propomos  em  1995  era  herege  ao  extremo.

Baseados em pouco mais do que preconceito teórico, supomos que o Universo era plano.

(Devo ressaltar aqui, mais uma vez, que um Universo tridimensional “plano” não é plano como uma panqueca bidimensional, mas, sim, como o Universo tridimensional que imaginamos intuitivamente, no qual os raios de luz se propagam em linhas retas.

Isso deve ser contrastado com os espaços tridimensionais curvos, muito mais difíceis de se imaginar, nos quais os raios de luz, que traçam a curvatura subjacente do espaço, não se propagam em linhas retas.

) Então, deduzimos que todos os dados cosmológicos disponíveis na época seriam consistentes com um Universo plano caso cerca de 30% da energia total estivessem em alguma forma de “matéria escura”, que parecia existir ao redor de galáxias e aglomerados; mas, muito mais estranho que isso, deduzimos que os 70% da energia total do Universo restantes estavam não em qualquer forma de matéria, mas no próprio espaço vazio.

Nossa  ideia  era  maluca  segundo  quaisquer  padrões.

Para obtermos um valor para a constante cosmológica que concordasse com nossa pretensão, o valor estimado para essa quantidade, como descrito no último capítulo, teria de ser reduzido de alguma forma em 120 ordens de grandeza, e ainda assim não seria precisamente zero.

Isso envolveria a sintonia mais severa de toda quantidade física conhecida na natureza, sem a menor ideia de como ajustá-la.

 Esse  era  um  dos  motivos  pelos  quais,  quando  dava  palestras  em  várias  universidades  sobre  o  dilema  de  um  Universo  plano,  as  pessoas  apenas  sorriam  e  nada  mais.

Não acredito que muitas pessoas tenham levado nossa proposta a sério e nem mesmo tenho certeza se Turner e eu a levávamos.

Nosso objetivo ao fazer as pessoas levantarem as sobrancelhas era ilustrar geograficamente um fato que começava a despontar não só para nós, mas para muitos colegas teóricos ao redor do mundo: algo parecia estar errado com a imagem “padrão” do Universo, na qual se supunha que a maior parte de toda a energia exigida pela relatividade para produzir um Universo plano hoje estava na matéria escura exótica (com uma pitada de bárions — por exemplo, nós, terráqueos, as estrelas e as galáxias visíveis — para temperar a mistura).

Um  colega  lembrou  recentemente  que,  nos  dois  anos  seguintes,  nossa  modesta  proposta  foi  referenciada  apenas  um  punhado  de  vezes  em  trabalhos  subsequentes,  e  em  somente  uma  ou  duas  dessas  referências  não  estavam  em  um  estudo  escrito  por  Turner  ou  por  mim!  Por  mais  complicado  que  o  Universo  seja,  grande  parte  da  comunidade  científica  acreditava  que  ele  não  poderia  ser  tão  doido  quanto  nós  sugeríamos.

A  alternativa  mais  simples  para  contornar  as  contradições  era  a  possibilidade  de    o  Universo  não  ser  plano,  mas  aberto  (em  que  raios  de  luz  paralelos  se  afastariam,  caso  seguíssemos  suas  trajetórias.

Isso foi antes, é claro, de as medições de fundo cósmico de micro-ondas comprovarem que essa opção não era viável).

No entanto, mesmo essa possibilidade encontrava problemas, embora a outra situação também estivesse longe de ser esclarecida.

Qualquer aluno de física do ensino médio dirá que a gravidade é uma força atrativa.

E, claro, como tantas coisas na ciência, hoje reconhecemos que temos de expandir nossos horizontes porque a natureza é muito mais criativa.

Se assumimos que a natureza atrativa da gravitação implica a desaceleração da expansão do Universo, obtemos um limite mais alto para sua idade ao admitir que a velocidade da galáxia localizada a certa distância de nós tem sido constante desde o Big Bang.

Isso se deve ao fato de que, se a expansão vem desacelerando, a galáxia um dia afastou-se de nós com mais velocidade e, portanto, teria levado menos tempo para chegar à posição atual.

No Universo aberto dominado pela matéria, a desaceleração seria mais lenta do que em um Universo plano, e assim sua idade deduzida seria maior do que para um Universo plano dominado pela matéria, pela mesma taxa de expansão atual.

Seria de fato muito mais próxima do valor que estimamos supondo uma taxa de expansão constante no decorrer do tempo cósmico.

 Lembre-se  de  que  uma  energia  de  espaço  vazio  diferente  de  zero  produziria  uma  constante  cosmológica  —  como  uma  repulsão  gravitacional  —,  implicando  a  expansão  do  Universo  no  decorrer  do  tempo  cósmico.

Assim, as galáxias se afastariam antes mais lentamente do que hoje.

Ou seja, teria levado ainda mais tempo para que chegassem à sua distância atual do que em uma expansão constante.

De fato, para dada medição da constante de Hubble hoje, o maior tempo de vida do Universo (mais ou menos 20 bilhões de anos) é obtido a partir da inclusão da possibilidade de uma constante cosmológica e da densidade da matéria no Universo hoje.

Em  1996,  trabalhei  com  Brian  Chaboyer,  com  a  colaboração  de  Pierre  Demarque,  da  Universidade  de  Yale,  e  o  pós-doutor  Peter  Kernan,  da  Case  Western  Reserve,  a  fim  de  colocar  um  limite  mais  baixo  na  idade  dessas  estrelas,  aproximadamente  12  bilhões  de  anos.

Esboçamos a evolução de milhões de estrelas em computadores de alta velocidade e comparamos suas cores e seu brilho com os de estrelas reais observadas em aglomerados globulares em nossa galáxia, que havia muito se pensava que estivessem entre os objetos mais antigos da Via Láctea.

Supondo cerca de 1 bilhão de anos para a formação de nossa galáxia, esse limite mais baixo descartava em definitivo um Universo plano dominado pela matéria e favorecia um com uma constante cosmológica (um dos fatores que pesavam sobre as conclusões de meu trabalho anterior com Turner), enquanto um Universo aberto oscilava ao largo da viabilidade.

No  entanto,  a  idade  das  estrelas  mais  antigas  envolvia  inferências  baseadas  em  observações  aquém  da  sensibilidade  corrente.

Em 1997, novos dados observacionais nos obrigaram a revisar as estimativas para baixo, cerca de 2 bilhões de anos, levando a um Universo um pouco mais jovem.

A situação ficou ainda mais sombria, e todas as três cosmologias pareciam viáveis novamente, mandando-nos de volta para os estudos.

Tudo  isso  mudou  em  1998,  curiosamente  o  mesmo  ano  em  que  o  experimento  BOOMERANG  demonstrou  que  o  Universo  era  plano.

Nos  setenta  anos  seguintes  à  medição  que  Edwin  Hubble  fez  da  taxa  de  expansão  do  Universo,  astrônomos  trabalharam  com  cada  vez  mais  afinco  para  definir  seu  valor.

Nos anos 1990, eles tinham finalmente encontrado uma “velapadrão” — ou seja, um objeto cuja luminosidade intrínseca os observadores poderiam verificar independentemente, para, quando medissem sua luminosidade aparente, então, inferir sua distância.

A vela-padrão parecia confiável e podia ser observada através das profundezas do espaço e tempo.

 Um  tipo  de  estrela  explosiva,  chamado  supernova  tipo  1a,  foi  exibido  para  demonstrar  a  relação  entre  brilho  e  longevidade.

Medir o tempo de brilho de uma supernova tipo 1a exigia, pela primeira vez, levar em consideração efeitos de dilatação do tempo decorrentes da expansão do Universo, ou seja, o tempo de vida de uma supernova é, na verdade, maior que seu tempo de vida em repouso.

Mesmo assim, pudemos inferir o brilho absoluto e medir o brilho aparente com telescópios, além de, por fim, determinar sua distância em relação à galáxia hospedeira na qual a supernova havia explodido.

Medir o desvio para o vermelho permitiu, ao mesmo tempo, que determinássemos a velocidade.

A combinação dos dois permite a medição, com precisão cada vez maior, da taxa de expansão do Universo.

Por  serem  muito  brilhantes,  as  supernovas  não  só  proporcionam  uma  ótima  ferramenta  para  medir  a  constante  de  Hubble,  como  também  permitem  a  percepção  de  distâncias  que  são  uma  fração  significativa  da  idade  total  do  Universo.

Isso  abriu  caminho  a  uma  possibilidade  nova  e  animadora,  que  os  observadores  viram  como  uma  presa  muito  mais  interessante:  medir  a  alteração  da  constante  de  Hubble  através  do  tempo  cósmico.

Medir  a  mudança  de  uma  constante  parece  um  paradoxo,  e  seria,  a  não  ser  pelo  fato  de  nós,  humanos,  termos  uma  vida  tão  breve,  pelo  menos  do  ponto  de  vista  cósmico.

Em uma escala de tempo humana, a taxa de expansão do Universo é, de fato, constante.

No entanto, como acabei de descrever, a taxa de expansão do Universo muda no decorrer do tempo cósmico de acordo com efeitos da gravitação.

Os  astrônomos  pensaram  que,  se  pudessem  medir  a  velocidade  e  a  distância  de  supernovas  muito  distantes  —  além  dos  longínquos  limites  do  Universo  observável  —,  poderiam  medir  com  que  taxa  a  expansão  do  Universo  estava  desacelerando  (uma  vez  que  todos  pensavam  que  este  agia  com  sensatez  e  que  a  força  gravitacional  dominante  era  atrativa).

Eles acreditavam, então, que isso revelaria se o Universo era aberto, fechado ou plano, porque a taxa de desaceleração como função do tempo é diferente para cada geometria.

Em 1996, fiz uma visita de seis semanas ao Laboratório Lawrence Berkeley, onde dei palestras sobre cosmologia e discuti vários projetos científicos com colegas.

Apresentei, um dia, nossa afirmação de que o espaço vazio poderia ter energia.

Depois, Saul Perlmutter, um jovem físico que estava trabalhando na detecção de supernovas distantes, veio a mim e disse: “Nós provaremos que você está errado!” Saul estava se referindo ao seguinte aspecto de nossa sugestão de Universo plano: 70% de sua energia deveria estar contida no espaço vazio.

Lembre-se de que tal energia produziria uma constante cosmológica, levando a uma força repulsiva que então existiria em todo o espaço e dominaria a expansão do Universo, fazendo com que sua expansão acelerasse, não desacelerasse.

Como  expliquei,  se  a  expansão  do  Universo  estava  acelerando  ao  longo  do  tempo  cósmico,  o  Universo  seria  hoje  mais  velho  do  que  inferimos  antes,  acreditando  que  a  expansão  estava  desacelerando.

Isso então implicaria que olhar para trás no tempo para galáxias com o dado desvio para o vermelho levaria mais tempo do que imaginávamos.

Por sua vez, se elas estavam se afastando de nós há mais tempo, quer dizer que a luz que emitem adveio de mais longe.

As supernovas em galáxias em determinado desvio para o vermelho calculado pareceriam, então, mais fracas para nós do que se a luz tivesse sua origem em um ponto mais próximo.

Para ilustrar, caso estivéssemos medindo velocidade versus distância, o declive da curva para galáxias relativamente próximas permitiria que determinássemos a taxa de expansão hoje, e então a direção da curva para supernovas distantes nos diria se o Universo estava acelerando ou desacelerando no decorrer do tempo cósmico.

Dois anos depois de nosso encontro, Saul e seus colaboradores, parte de uma equipe internacional chamada Supernova Cosmology Project, publicaram um trabalho baseado em dados preliminares antigos que, de fato, sugeriam que estávamos errados.

(Na verdade, não argumentaram sobre Turner e eu estarmos errados, pois, como a maioria dos outros observadores, não davam mesmo muito crédito a nossa proposta.

) Seus dados sugeriram que a relação distância versus desvio para o vermelho curvava-se para baixo, que, então, um limite superior da energia do espaço vazio tinha de estar muito abaixo do que seria exigido para fazer uma contribuição significativa à energia total atual.

No  entanto,  como  acontece  com  frequência,  os  primeiros  dados  obtidos  podem  não  ser  tão  representativos  —  pode-se  ser  estatisticamente  azarado,  ou  erros  sistemáticos  inesperados  podem  afetar  os  dados,  e  isso  pode  não  se  manifestar  antes  que  se  tenha  uma  amostra  muito  maior.

Foi esse o caso dos dados que o Supernova Cosmology Project publicou, e, portanto, as conclusões estavam incorretas.

Outro  projeto  de  pesquisa  internacional,  chamado  High-Z  Supernova  Search  Team,  liderado  por  Brian  Schmidt  no  Observatório  de  Monte  Stromlo,  na  Austrália,  realizava  um  programa  com  o  mesmo  objetivo,  e  eles  começaram  a  obter  resultados  diferentes.

Brian me contou que, quando aconteceu a primeira determinação do projeto High-Z, sugerindo um Universo em aceleração com energia de vácuo significativa, eles foram informados por uma revista de que deviam estar errados, já que o Supernova Cosmology Project já tinha determinado que o Universo era, de fato, plano e dominado pela matéria.

A  história  detalhada  da  competição  entre  os  dois  grupos  será  repetida  muitas  vezes,  principalmente  depois  que  dividirem  um  prêmio  Nobel,  o  que  provavelmente  acontecerá.
  • Mas não é o momento para se preocupar com prioridades. Basta dizer que no início de 1998, o grupo de Schmidt publicou um trabalho demonstrando que o Universo parecia estar acelerando. Cerca de seis meses depois, o grupo de Perlmutter anunciou resultados semelhantes e publicou um trabalho confirmando o resultado do High-Z Supernova e reconhecendo, com efeito, seu erro anterior — dando, assim, mais crédito a um Universo dominado pela energia do espaço vazio ou, como hoje é mais comumente chamada, energia escura. A velocidade com que esses resultados foram adotados pela comunidade científica — ainda que exigissem uma revisão global de toda a imagem aceita do Universo — fornece um estudo interessante na sociologia da área. Quase da noite para o dia, pareceu haver uma aceitação universal dos resultados, embora, como Carl Sagan enfatizou, “afirmações extraordinárias exijam evidências extraordinárias”. Essa certamente foi uma afirmação extraordinária, se um dia houve alguma. Fiquei chocado quando, em dezembro de 1998, a revista Science chamou a descoberta do Universo em expansão de “avanço científico do ano”, com uma capa impressionante com o desenho de um Einstein em choque. Não fiquei chocado pelo fato de o resultado não ser digno da capa. Ao contrário. Se fosse verdade, seria uma das descobertas astronômicas mais importantes de nosso tempo, mas os dados na época eram apenas muito sugestivos. Exigiam uma mudança tão grande da imagem que tínhamos do Universo que todos devíamos ter mais certeza de que outras causas possíveis para os efeitos observados podiam mesmo ser descartadas antes de entrarmos no trem da alegria da constante cosmológica. Como eu disse a um jornalista na época: “A primeira vez em que não acreditei em uma constante cosmológica foi quando observadores afirmaram tê-la descoberto.

” Minha reação um tanto brincalhona pode ter parecido estranha, dado o fato de que eu andava considerando a possibilidade de uma forma ou de outra havia talvez uma década.

Como teórico, não vejo problema com a especulação, principalmente quando ela abre novos caminhos para experimentos.

Mas acho que devo ser o mais conservador possível ao examinar dados reais, talvez por ter alcançado a maturidade científica quando diversas afirmativas novas e emocionantes, ainda que experimentais, acabaram se revelando ilegítimas em meu próprio campo de física de partículas.

A descoberta de uma quinta força na natureza e de novas partículas elementares, ou a suposta observação de que o Universo gira como um todo, surgiram e desapareceram com muito estardalhaço.

A  maior  preocupação  quanto  à  tão  alegada  descoberta  de  um  Universo  em  aceleração  era  que  supernovas  distantes  pudessem  parecer  mais  escuras  do  que  deveriam,  não  devido  a  uma  expansão  acelerada,  mas  apenas  porque:  (a)  elas  são  mais  escuras,  ou  (b)  talvez  uma  poeira  galáctica  ou  intergaláctica  presente  em  tempos  remotos  as  escurece  parcialmente.

Na  década  seguinte,  no  entanto,  descobriu-se  que  a  chance  de  a  aceleração  existir  era  enorme,  quase  irrepreensível.

Primeiro, foram medidas muitas outras supernovas com alto desvio para o vermelho.

Então, uma análise combinada das supernovas dos dois grupos feita depois de um ano da publicação original resultou no seguinte gráfico: Como um parâmetro, para ver se a curva distância/desvio para o vermelho está voltada para cima ou para baixo, os observadores desenharam uma linha reta pontilhada na metade superior do gráfico que parte do canto esquerdo inferior e chega ao direito superior e atravessa os dados que representam supernovas próximas.

A inclinação dessa linha revela a taxa de expansão atual.

Então, na metade inferior do gráfico, eles fizeram a mesma linha reta horizontal.

Se o Universo estivesse desacelerando, como era esperado em 1998, as supernovas distantes em um desvio (Z) próximo a 1 estariam embaixo da linha.

No entanto, como se pode ver, a maioria delas cai acima da linha reta.

Isso  se  deve  a  um  dos  seguintes  fatores:     (1)  os  dados  estão  errados,  ou  (2)  a  expansão  do  Universo  está  acelerando.

Se tomarmos, por ora, a segunda alternativa e se fizermos a seguinte pergunta “Quanta energia teríamos que colocar no espaço vazio para produzir a aceleração observada?”, a resposta seria impressionante.

A curva sólida, que melhor se encaixa aos dados, corresponde a um Universo plano, cujos 30% de energia seriam formados de matéria e 70% de espaço vazio.

Ou seja, isso é exatamente o necessário para que um Universo plano seja consistente com o fato de que apenas 30% da massa exigida existem dentro e em volta de galáxias e aglomerados.

Um aparente acordo foi alcançado.

No  entanto,  como  a  afirmação  de  que  99%  do  Universo  são  invisíveis  —  1%  de  matéria  visível  integrado  em  um  mar  de  matéria  escura  cercada  de  energia  no  espaço  vazio  —  se  encaixa  na  categoria  extraordinária,  devemos  considerar  o  primeiro  dos  dois  fatores  mencionados:  os  dados  estão  incorretos.

Na década seguinte, os dados da cosmologia continuaram a solidificar a imagem geral de um Universo plano no qual a energia dominante reside no espaço vazio, e tudo o que podemos ver representa menos de 1% da energia total, sendo o restante constituído de um ainda desconhecido tipo novo de partícula elementar.

Novos  dados  em  evolução  estelar  foram  desenvolvidos  à  medida  que  novos  satélites  forneciam  informações  sobre  abundâncias  de  elementos  em  estrelas  antigas.

Com esses dados, meu colega Chaboyer e eu demonstramos, em 2005, que as incertezas nas estimativas da idade do Universo eram agora pequenas o suficiente para descartar tempos de vida mais jovens que 11 bilhões de anos.

Isso era incoerente com qualquer Universo em cujo espaço vazio não houvesse energia.

Novamente, como não temos certeza de que essa energia se deve a uma constante cosmológica, agora ela atende pelo nome mais simples de “energia escura”, em analogia à “matéria escura” que domina galáxias.

A  estimativa  da  idade  de  nossa  galáxia  ganhou  mais  exatidão  em  2006,  quando  novas  medidas  da  radiação  cósmica  de  fundo  em  micro-ondas  com  o  satélite  WMAP  permitiram  que  observadores  medissem  com  precisão  o  tempo  desde  o  Big  Bang.

Agora sabemos a idade do Universo em quatro algarismos significativos: 13,72 bilhões de anos! Nunca poderia imaginar que obteríamos a idade do Universo com tamanha precisão.

Agora que aconteceu, podemos afirmar que não há como um Universo com a taxa de expansão medida hoje ter essa idade sem energia escura.

Na verdade, a energia escura se comporta essencialmente como uma constante cosmológica.

Em outras palavras, é a energia que parece se manter constante ao longo do tempo.

No  grande  avanço  científico  seguinte,  observadores  puderam  medir  com  precisão  como  a  matéria,  na  forma  de  galáxias,  se  agrupava  ao  longo  do  tempo  cósmico.

O resultado depende da taxa de expansão do Universo, uma vez que a força de atração entre as galáxias compete com a expansão cósmica que separa a matéria.

Quanto maior o valor da energia do espaço vazio, mais cedo ela dominará a energia do Universo e mais cedo a taxa de expansão desacelerará e parará o colapso gravitacional da matéria em escalas cada vez maiores.

Ao  medir  os  aglomerados  gravitacionais,  portanto,  observadores  confirmaram,  mais  uma  vez,  que  o  único  Universo  plano  consistente  com  a  estrutura  em  larga  escala  observada  no  Universo  é  o  que  tem  aproximadamente  70%  de  energia  escura,  que,  mais  uma  vez,  se  comporta  como  uma  constante  cosmológica.

Independentemente  dessas  provas  indiretas  sobre  a  história  da  expansão  do  Universo,  observadores  da  supernova  testaram  inúmeras  possibilidades  que  poderiam  induzir  a  erros  sistemáticos  em  suas  análises  —  incluindo  o  fato  de  que  mais  poeira  em  grandes  distâncias  possa  fazer  com  que  as  supernovas  pareçam  mais  escuras  —  e  descartaram-nas.

Um  de  seus  testes  mais  importantes  envolveu  a  busca  no  passado.

Antes  na  história  do  Universo,  quando  nossa  região  observável  era  muito  menor  em  tamanho,  a  densidade  da  matéria  era  muito  maior.

No entanto, se a densidade da energia do espaço vazio deriva de uma constante cosmológica, ela é a mesma ao longo do tempo.

Assim, quando o Universo tinha menos que a metade de seu tamanho atual, a densidade da energia da matéria teria excedido a densidade da energia do espaço vazio.

Por todo o tempo antes disso, a matéria, e não o espaço vazio, teria produzido a força gravitacional que age sobre a expansão.

Assim, o Universo estaria desacelerando.

Na  mecânica  clássica  há  um  nome  para  o  momento  em  que  um  sistema  muda  sua  aceleração  e,  em  especial,  passa  de  desacelerado  para  acelerado.

É chamado de “arrancada”.

Em 2003, organizei uma conferência na universidade em que trabalho para examinar o futuro da cosmologia e convidei um dos membros pesquisadores do High-Z Supernova, Adam Reiss, que me dissera ter algo de animador para relatar na reunião.

E tinha mesmo.

No dia seguinte, o New York Times, que estava cobrindo a reunião, publicou uma foto de Adam acompanhada da manchete “Arrancada cósmica descoberta”.

Guardei essa foto e volto a ela para me divertir de vez em quando.

O  mapeamento  detalhado  da  história  da  expansão  do  Universo,  demonstrando  que  ele  passou  de  um  período  de  desaceleração  para  um  de  aceleração,  acrescentou  peso  substancial  à  afirmação  de  que  observações  originais,  que  indicavam  a  existência  de  matéria  escura,  estavam  de  fato  corretas.

Com todas as outras evidências disponíveis hoje, é muito difícil imaginar que, ao aderir a essa imagem, de alguma forma estamos sendo levados a uma busca inútil.

Gostemos ou não, a energia escura parece estar aqui para ficar, ou pelo menos para ficar até que ela mesma mude de alguma forma.

A  origem  e  a  natureza  da  energia  escura  são,  sem  dúvida,  o  maior  mistério  da  física  fundamental  hoje.

Não compreendemos como ela se origina e por que alcança a quantidade que tem.

Assim, não temos ideia de por que ela começou a dominar a expansão do Universo — e há pouco tempo, nos últimos 5 bilhões de anos —, ou se isso é só um acidente.

É natural achar que sua natureza esteja ligada à origem do Universo.

E todos os sinais sugerem que ela determinará o futuro dele também.

 Nota    *  Em  2011,  Saul  e  Brian,  junto  com  Adam  Reiss,  que  fazia  parte  do  projeto  High-Z  Supernova,  ganharam  o  Nobel  de  Física  por  sua  descoberta.

O ALMOÇO GRÁTIS NO FIM DO UNIVERSO O espaço é grande.

Bem grande.

Não dá para acreditar no quanto ele é desmesuradamente, inconcebivelmente, estonteantemente grande.

Você pode achar que o caminho de sua casa até a farmácia é longo, mas isso não é nada em comparação com o espaço.

Douglas  Adams,  O  guia  do  mochileiro  das  galáxias    UMA  DE  DUAS  NÃO  É  RUIM,  suponho.

Nós, cosmólogos, havíamos adivinhado corretamente, no fim das contas, que o Universo é plano, então não ficamos tão envergonhados com a chocante revelação de que o espaço vazio tem mesmo energia — o suficiente, na verdade, para dominar a expansão do Universo.

A existência dessa energia não era plausível, mas ainda menos plausível era o fato de ela não ser suficiente para fazer com que o Universo fosse inabitável.

Se a energia do espaço vazio fosse tão grande quanto as estimativas descritas anteriormente sugeriam, a taxa de expansão seria tão alta que tudo o que vemos agora no Universo seria levado rapidamente para além do horizonte.

O Universo teria ficado frio, escuro e vazio muito antes de as estrelas, o Sol e a Terra terem se formado.

De  todos  os  motivos  para  afirmar  que  o  Universo  é  plano,  talvez  o  mais  simples  de  entender  tenha  surgido  da  noção  de  que  ele  era  quase  plano.

Mesmo em tempos mais remotos, antes da descoberta da matéria escura, a quantidade conhecida de matéria visível no interior e ao redor das galáxias representava talvez 1% do total necessário para resultar em um Universo plano.

Agora,  1%  pode  não  parecer  muito,  mas  o  Universo  é  muito  antigo,  tem  bilhões  de  anos.

Supondo que os efeitos gravitacionais da matéria ou da radiação dominem a expansão evolutiva — o que nós, físicos, sempre achamos ser o caso —, se o Universo não é exatamente plano, enquanto ele se expande, então fica cada vez mais distante de ser plano.

Se  o  Universo  é  aberto,  a  taxa  de  expansão  se  torna  mais  rápida  do  que  seria  para  um  Universo  plano,  separando  cada  vez  mais  matéria  e  reduzindo  sua  densidade  líquida,  além  de  produzir  muito  rapidamente  uma  fração  infinitésima  da  densidade  exigida  para  resultar  em  um  Universo  plano.

Se  é  fechado,  a  expansão  é  desacelerada,  e  o  Universo  entra  em  colapso.

Nesse meio-tempo, primeiro a densidade diminui a uma taxa mais lenta do que em um Universo plano, e então, conforme entra novamente em colapso, ela começa a aumentar.

Mais uma vez, o desvio da densidade esperada para um Universo plano aumenta com o tempo.

O  Universo  aumenta  de  tamanho  a  um  fator  de  quase  1  trilhão  desde  seu  primeiro  segundo  de  existência.

Se, no momento anterior, a densidade não fosse exatamente a de um Universo plano, mas fosse, digamos, um fator de 10 do ideal na época, então hoje a densidade diferiria da de um Universo plano em pelo menos um fator de 1 trilhão.

É bem maior do que o fator de 100 conhecido por separar a densidade da matéria visível da que produziria um Universo plano hoje.

Esse  problema  era  famoso,  já  nos  anos  1970,  e  ficou  conhecido  como  o  Problema  do  Achatamento.

Considerar a geometria do Universo é como imaginar um lápis balançando sobre sua ponta em cima de uma mesa.

Ao menor desequilíbrio o lápis cai.

O mesmo se dá para um Universo plano.

O menor desvio do achatamento cresce rapidamente.

Então, como o Universo poderia estar tão próximo de ser plano hoje se não fosse exatamente plano? A resposta é simples: ele deve ser essencialmente plano hoje! A resposta na verdade não é tão simples, porque recai na questão: como as condições iniciais conspiraram para produzir um Universo plano? Há duas respostas para esta pergunta mais difícil.

A primeira nos remete a 1981, quando Alan Guth, um jovem físico teórico que era então pós-doutorando da Universidade de Stanford, pensava sobre o Problema do Achatamento e outros dois problemas relacionados à imagem padrão do Big Bang — os chamados Problema do Horizonte e Problema do Monopolo.

Apenas o primeiro nos diz respeito aqui, já que o Problema do Monopolo simplesmente agrava tanto o do Achatamento quanto o do Horizonte.

O  Problema  do  Horizonte  relaciona-se  ao  fato  de  a  radiação  cósmica  de  fundo  em  micro-ondas  ser  extremamente  uniforme.

Os pequenos desvios de temperatura já descritos representavam variações de densidade na matéria e na radiação quando o Universo tinha centenas de milhares de anos, ou menos que uma parte em 10 mil, se comparada à temperatura e à densidade de fundo uniformes.

Então, enquanto eu estava focado nos pequenos desvios, uma pergunta mais profunda e mais urgente surgia: como o Universo ficou tão uniforme? Afinal, se, em vez da imagem anterior da RCFM (em que variações de temperatura de algumas partes em 100 mil são refletidas em cores diferentes), eu tivesse mostrado um mapa de temperatura do céu em micro-ondas em escala linear (com variações das sombras representando variações da temperatura de, digamos, ±0,03 grau [Kelvin] sobre a temperatura de fundo média de mais ou menos 2,72 graus acima do zero absoluto, ou uma variação de uma parte em 100 sobre a média), o mapa seria assim: Compare essa imagem, que não contém nada discernível na forma estrutural, com uma projeção semelhante da superfície da Terra, com uma sensibilidade ligeiramente maior, cuja variação de cores representa variações sobre o raio médio de cerca de uma parte em quinhentas: O Universo é, portanto, em grande escala, incrivelmente uniforme! Como pode ser? Bem, pode-se supor que, em tempos mais remotos, o Universo inicial era quente, denso e estava em equilíbrio térmico.

Isso significa que os pontos quentes teriam se resfriado e os pontos frios teriam se aquecido, até atingirem a mesma temperatura.

No  entanto,  como  mencionei  antes,  quando  ele  tinha  algumas  centenas  de  milhares  de  anos,  a  luz  pode  ter  viajado  algumas  centenas  de  milhares  de  anos-luz,  representando  uma  pequena  porcentagem  do  que  agora  é  toda  a  parte  observável  do  Universo  (a  distância  anterior  representaria  um  ângulo  de  apenas  1  grau  em  um  mapa  da  superfície  de  última  difusão  de  fundo  em  micro-ondas  completa,  como  é  observada  hoje).

Como Einstein afirma que nenhuma informação pode se propagar mais rápido que a luz, na imagem-padrão do Big Bang, não há como uma parte do que é agora o Universo observável ter sido afetada naquela época pela existência e pela temperatura de outras partes em escalas angulares maiores que cerca de 1 grau.

Assim, não há como o gás, nessas escalas, ter entrado em equilíbrio térmico a tempo de produzir uma temperatura tão uniforme em todo o Universo.

O  físico  de  partículas  Guth  estudava  processos  relevantes  para  a  compreensão  desse  problema  quando  chegou  a  uma  conclusão  absolutamente  brilhante.

Se, enquanto esfriava, o Universo tivesse passado por uma transição de fase — como ocorre, por exemplo, quando a água congela ou quando uma barra de ferro se magnetiza —, então não só o Problema do Horizonte poderia ser resolvido, mas também o Problema do Achatamento (e, dessa forma, o Problema do Monopolo).

 Se  você  gosta  de  beber  cerveja  bem  gelada,  pode  fazer  a  seguinte  experiência:  tire  uma  garrafa  da  geladeira,  e  quando  abrir  e  liberar  a  pressão  do  interior  do  recipiente  de  repente  a  cerveja  congelará  por  completo,  podendo  até  mesmo  rachar  a  garrafa.

Isso acontece porque, à alta pressão, o estado de menor energia da cerveja é a forma líquida; mas, uma vez que a pressão é liberada, o estado de menor energia da cerveja é o sólido.

Durante a fase de transição, a energia pode ser liberada porque o estado de menor energia em uma fase pode ter menor quantidade de energia do que o estado de menor energia em outra fase.

Quando ela é liberada, é chamada de “calor latente”.

Guth  percebeu  que,  conforme  o  Universo  esfriava  com  a  expansão  do  Big  Bang,  a  configuração  da  matéria  e  da  radiação  no  Universo  em  expansão  pode  ter  ficado  “presa”  em  um  estado  metaestável  até,  finalmente,  como  o  Universo  esfriava  ainda  mais,  passar,  de  repente,  para  o  estado  de  menor  energia  da  matéria  e  da  radiação.

A energia armazenada na configuração de “vácuo falso” antes que a fase de transição se completasse — o “calor latente” do Universo — poderia afetar dramaticamente a expansão durante o período anterior à transição.

A  energia  do  vácuo  falso  se  comportaria  exatamente  como  uma  constante  cosmológica  porque  agiria  como  uma  energia  que  permeia  todo  o  espaço  vazio.

Isso aumentaria a velocidade da expansão do Universo, que ficaria cada vez mais rápida.

Em dado momento, o que se tornaria nosso Universo observável começaria a crescer mais rápido que a velocidade da luz.

A relatividade geral permite que isso aconteça, embora pareça violar a teoria da Relatividade Especial de Einstein, em que nada pode se propagar mais rápido que a velocidade da luz.

No entanto, é preciso analisar isso com um pouco mais de cuidado.

A relatividade especial postula que nada pode se propagar pelo espaço mais rápido que a velocidade da luz.

Mas o próprio espaço pode fazer o que quiser, pelo menos na relatividade geral.

E à medida que o espaço se expande, pode carregar objetos distantes, inicialmente em repouso, para longe uns dos outros a velocidades superiores à da luz.

Acontece  que  o  Universo  pode  ter  se  expandido  durante  esse  período  inflacionário  a  um  fator  maior  que  1028.

Ao mesmo tempo que esta é uma quantidade incrível, pode ter acontecido em uma fração de segundo durante a inflação do Universo jovem.

Então tudo o que existe em nosso Universo observável um dia estava, antes de a inflação ocorrer, contido em uma região muito menor do que a que teríamos chegado se a inflação não tivesse acontecido, e, mais importante, seria tão pequena que teria havido tempo suficiente para que toda a região entrasse em equilíbrio térmico.

 A  inflação  fez  surgir  a  possibilidade  de  outra  previsão  relativamente  genérica.

Quando se enche um balão e ele fica cada vez maior, a curvatura de sua superfície fica cada vez menor.

Algo semelhante acontece em um Universo cujo tamanho está em expansão exponencial, como pode ocorrer durante a inflação — acionada por uma energia de vácuo grande e constante.

Na verdade, quando a inflação acaba (resolvendo o Problema do Horizonte), a curvatura (se for diferente de zero) passa a medir um valor absurdamente pequeno, fazendo com que, mesmo hoje, o Universo pareça essencialmente plano quando medido com precisão.

A  inflação  é  a  única  explicação  viável  tanto  para  a  homogeneidade  quanto  para    o  achatamento,  baseada  no  que  poderiam  ser  teorias  microscópicas  de  partículas  fundamentais  e  calculáveis  e  suas  interações.

Entretanto, mais do que isso, a inflação faz outra previsão, talvez ainda mais impressionante.

Como já descrevi, as leis da mecânica quântica implicam que, em escalas muito pequenas, durante intervalos de tempo muito curtos, o espaço vazio pode parecer uma infusão fervente e borbulhante de partículas e campos, flutuando sem controle.

Essas “flutuações quânticas” podem ser importantes ao determinar o caráter de prótons e átomos, mas geralmente são invisíveis em escalas maiores, um dos motivos pelos quais parecem tão anormais para nós.

No entanto, durante a inflação, essas flutuações quânticas podem determinar quando o que seriam pequenas regiões diferentes de espaço terminam seu período de expansão exponencial.

Como regiões diferentes param de inflacionar a tempos ligeiramente (microscopicamente) diferentes, a densidade da matéria e da radiação que resulta da liberação da energia de vácuo falso em forma de energia térmica nessas regiões é ligeiramente diferente em cada uma delas.

O  padrão  de  flutuações  de  densidade  que  resultam  da  inflação  —  surgindo  de  flutuações  quânticas  no  espaço  outrora  vazio  —  revelou  estar  de  acordo  com  o  padrão  observado  de  pontos  frios  e  quentes  em  escalas  maiores  na  radiação  cósmica  de  fundo  em  micro-ondas.

Ainda que concordância não prove nada, é claro, há uma visão crescente entre os cosmólogos de que, se anda como um pato, parece um pato e grasna como um pato, provavelmente é um pato.

E se a inflação é de fato responsável por todas as pequenas flutuações na densidade da matéria e da radiação que mais tarde resultariam no colapso gravitacional da matéria em galáxias, estrelas, planetas e pessoas, então podemos afirmar com toda a certeza que estamos aqui hoje devido a flutuações quânticas no que é essencialmente nada.

Isso  é  tão  impressionante  que  preciso  ratificar:  as  flutuações  quânticas,  que  do  contrário  seriam  completamente  invisíveis,  foram  congeladas  pela  inflação  e,  em     seguida,  surgiram  como  flutuações  de  densidade  que  produzem  tudo  o  que  podemos  ver!  Se  somos  todos  poeira  de  estrelas,  também  é  verdade  que  todos,  literalmente,  surgimos  do  nada  quântico.

Isso  é  tão  não  intuitivo  que  pode  parecer  quase  mágico.

Mas existe pelo menos um aspecto de toda essa prestidigitação inflacionária que pode parecer bem preocupante.

Afinal, de onde vem toda a energia? Como uma região microscopicamente pequena pode acabar em uma região do tamanho do Universo sem que haja matéria e radiação suficiente dentro dela para explicar tudo o que podemos ver? Ainda podemos fazer a seguinte pergunta: como a densidade da energia pode permanecer constante em um Universo em expansão com uma constante cosmológica ou energia de vácuo falso? Afinal, nesse Universo, o espaço se expande exponencialmente, então, se a densidade da energia permanece a mesma, a energia total no interior de qualquer região vai crescer conforme a região.

O que aconteceu com a conservação de energia? Guth chamou esse acontecimento de “o derradeiro almoço grátis”.

Os efeitos da gravitação permitem que os objetos tenham, surpreendentemente, tanto energia “positiva” quanto “negativa”.

Essa faceta da gravitação permite que coisas com energia positiva, como matéria e radiação, possam ser complementadas por configurações de energia negativa que equilibram a energia das coisas com a energia positiva criada.

Assim, a gravidade pode começar com um Universo vazio — e terminar com um cheio.

Pode parecer meio suspeito, mas tudo isso faz parte da fascinação real que temos pelo Universo plano.

Também é algo com o qual você pode estar familiarizado se lembrar do que aprendeu nas aulas de física na escola.

Considere  jogar  uma  bola  para  cima.

Ela vai descer novamente.

Agora jogue com mais força (supondo que você esteja ao ar livre).

Ela vai subir mais alto e ficar mais tempo no ar antes de voltar.

Finalmente, se você jogá-la com força suficiente, ela não vai mais descer.

Vai sair do campo gravitacional da Terra e continuará subindo no cosmos.

Como  saberemos  quando  a  bola  sairá  do  campo  gravitacional?  Usamos  uma  questão  simples  de  contabilidade  energética.

Um objeto em movimento na Terra tem dois tipos de energia.

Uma é a energia do movimento, chamada de energia cinética, da palavra grega para “movimento”.

Ela depende da velocidade do objeto e é sempre positiva.

O outro tipo, chamado energia potencial (relacionado à capacidade de realizar trabalho), é geralmente negativo.

É  por  isso  que  definimos  a  energia  gravitacional  total  de  um  objeto  em  repouso  localizado  infinitamente  longe  de  outro  objeto  como  sendo  igual  a  zero,  o  que  parece  razoável.

A energia cinética é claramente zero, e a energia potencial também foi definida como sendo igual a zero neste ponto, então a energia gravitacional total é zero.

  • Agora, se o objeto não está tão longe dos outros, mas perto de um, como a Terra, ele começará a cair em direção a ela devido à atração gravitacional. Enquanto cai, o objeto acelera e, se bater em algo no meio do caminho — por exemplo, sua cabeça —, pode realizar trabalho, ou seja, abri-la ao meio. Quanto mais próximo o objeto está da superfície da Terra quando é solto, menos trabalho realizará quando atingi-la. Então, a energia potencial diminui conforme o objeto se aproxima da Terra. Mas, se a energia potencial é zero quando se está longe da Terra, ela fica cada vez mais negativa à medida que se aproxima dela, pois sua capacidade de realizar trabalho diminui conforme a distância diminui. Na mecânica clássica, como explicitei aqui, a definição de energia potencial é arbitrária. Eu poderia ter designado a energia potencial de um objeto como sendo igual a zero na superfície da Terra, e aí ela corresponderia a um número bem mais alto quando o objeto estivesse infinitamente longe. Definir a energia total como sendo igual a zero na infinidade faz sentido do ponto de vista da física, mas é, pelo menos agora, apenas uma convenção. Independentemente de onde se define o ponto zero da energia potencial, o fato mais maravilhoso quanto aos objetos sujeitos apenas à força gravitacional é que a soma de suas energias potencial e cinética permanece constante. Enquanto os objetos caem, a energia potencial é convertida em energia cinética, e, quando voltam a se distanciar do chão, a energia cinética é convertida novamente em energia potencial, e assim por diante. Isso nos fornece uma ótima ferramenta de estruturação para determinar a velocidade necessária para jogar um objeto para o alto a ponto de fazê-lo escapar da Terra, uma vez que, se ele deve alcançar uma distância infinita, sua energia total deve ser maior ou igual a zero. Então eu simplesmente preciso garantir que sua energia gravitacional total, no momento em que ele sai da minha mão, seja maior ou igual a zero. Como só posso controlar um aspecto de sua energia total — ou seja, a velocidade com que ele sai da minha mão —, só preciso encontrar a velocidade mágica em que a energia cinética positiva da bola é igual ao negativo de sua energia potencial devido à atração na superfície da Terra. Tanto a energia cinética quanto a energia potencial dependem igualmente da massa da bola, que, por conseguinte, se anula quando as duas energias se igualam. Assim, encontra-se uma única “velocidade de escape” da superfície da Terra para todos os objetos, ou seja, cerca de 8km/s, quando a energia gravitacional total do objeto é precisamente zero. “O que isso tudo tem a ver com o Universo em geral e com a inflação em particular?”, você pode perguntar. Bem, o mesmo cálculo da bola que joguei para o alto a partir da superfície da Terra se aplica a qualquer objeto no Universo em expansão. Considere uma região esférica do Universo centrada em nossa localização (na Via Láctea), grande o bastante para acomodar muitas galáxias, mas pequeno o bastante para estar dentro dos limites observáveis: Se a região for grande, mas não tanto, as galáxias localizadas nas bordas da região se afastarão de nós de maneira uniforme devido à expansão de Hubble; no entanto, suas velocidades serão muito menores que a velocidade da luz. Nesse caso, as leis de Newton podem ser aplicadas e os efeitos da relatividade especial e geral, ignoradas. Em outras palavras, todo objeto é governado por uma física idêntica à que descreve as bolas sendo lançadas da Terra. Considere a galáxia demonstrada na outra página, afastando-se do centro de distribuição. Assim como para a bola escapando da Terra, podemos perguntar se a galáxia conseguirá sair do campo gravitacional de todas as outras galáxias no interior da esfera. E o cálculo que determinará a resposta é o mesmo que fizemos para a bola. Simplesmente calculamos a energia gravitacional total da galáxia, baseando-nos em seu movimento para fora (dando-lhe energia positiva), e a força gravitacional de suas vizinhas (fornecendo-lhe energia negativa). Se sua energia total for maior que zero, ela escapará para o infinito e, se for menor, parará e cairá para o centro. Agora, é impressionante demonstrar que podemos reescrever a equação newtoniana simples para a energia gravitacional total dessa galáxia de maneira a reproduzir exatamente a equação de Einstein da relatividade geral para um Universo em expansão. O termo que corresponde à energia gravitacional total da galáxia se transforma, na relatividade geral, no termo que descreve a curvatura do Universo. Então, o que encontramos? Em um Universo plano, e somente em um Universo plano, a energia gravitacional newtoniana média total de cada objeto movendo-se com a expansão é exatamente zero! É isso o que o torna tão especial: a energia positiva do movimento é cancelada pela energia negativa da atração gravitacional. Quando começamos a complicar as coisas permitindo que o espaço vazio tenha energia, a analogia newtoniana simples de uma bola jogada para o alto torna-se incorreta, mas a conclusão é essencialmente a mesma. Em um Universo plano, mesmo com uma pequena constante cosmológica, contanto que a escala seja pequena o suficiente para que as velocidades sejam muito menores que a velocidade da luz, a energia gravitacional newtoniana associada a qualquer objeto do Universo é zero. Na verdade, com uma energia de vácuo, o “almoço grátis” de Guth fica ainda mais dramático. Como cada região do Universo se expande para um tamanho cada vez maior, ele fica cada vez mais próximo de ser plano, fazendo com que a energia gravitacional newtoniana de tudo o que resulta da energia do vácuo durante a inflação seja convertida em matéria e a radiação seja zero. Mas você ainda pode perguntar: “De onde vem toda a energia para manter a densidade durante a inflação quando o Universo está em expansão exponencial?” Aqui, outro aspecto notável da relatividade geral fornece a resposta: não só a energia gravitacional dos objetos pode ser negativa, como também sua “pressão” relativa. A pressão negativa é ainda mais difícil de imaginar do que a energia negativa. O gás, dentro de um balão, por exemplo, exerce pressão nas paredes. Assim, caso as paredes do balão se expandam, ele realiza trabalho. O trabalho faz com que o gás perca energia e esfrie. No entanto, a energia do espaço vazio é gravitacionalmente repulsiva porque faz com que ele tenha uma pressão “negativa”. Como resultado, o Universo na verdade realiza trabalho no espaço vazio enquanto se expande. Esse trabalho mantém a densidade de energia do espaço constante mesmo durante a expansão. Assim, se no início dos tempos as propriedades quânticas da matéria e da radiação acabaram dotando mesmo uma região infinitesimalmente pequena do espaço vazio com energia, essa região pode crescer e se tornar arbitrariamente grande e plana. Quando a inflação acabar, pode-se ter um Universo cheio de coisas (matéria e radiação), e a energia gravitacional total de todas essas coisas será o mais próximo que se pode imaginar de zero. Então, quando toda a poeira baixou, e após um século de tentativas, medimos a curvatura do Universo e descobrimos ser zero. Você pode entender por que tantos teóricos como eu consideram isso não apenas muito gratificante, mas também muito sugestivo. Um Universo que veio do nada… de fato. Nota * O autor chama de energia gravitacional total a soma das energias cinética e potencial, resultado também conhecido como energia mecânica. (N. R. T.

) NOSSO FUTURO INFELIZ O futuro não é o que costumava ser.

Yogi  Berra    DE  CERTA  FORMA,  É  IMPRESSIONANTE  e  animador  nos  encontrarmos  em  um  Universo  dominado  pelo  nada.

As estruturas visíveis, como estrelas e galáxias, foram todas criadas por flutuações quânticas do nada.

E a energia gravitacional newtoniana total média de cada objeto é igual a nada.

Aproveite enquanto pode, porque, se tudo for verdade, vivemos talvez no pior de todos os Universos, pelo menos no que diz respeito ao futuro da vida.

Lembre-se  de  que,  há  menos  de  um  século,  Einstein  desenvolvia  sua  teoria  da  Relatividade  Geral.

O conhecimento da época afirmava que o Universo era estático e eterno.

Na verdade, Einstein não só ridicularizou Lemaître por sugerir um Big Bang, como também inventou a constante cosmológica que permitiria um Universo estático.

Agora,  quase  um  século  depois,  nós,  cientistas,  podemos  nos  orgulhar  da  descoberta  da  expansão  subjacente  do  Universo,  o  fundo  cósmico  de  micro-ondas,  a  matéria  escura  e  a  energia  escura.

Mas  o  que  o  futuro  trará?    Poesia.

.

.

ou algo parecido.

Lembre-se  de  que  o  fato  de  a  energia  do  espaço  aparentemente  vazio  dominar  a  expansão  do  Universo  foi  inferido  do  aumento  da  velocidade  dessa  expansão.

E, assim como a inflação, conforme descrito no capítulo anterior, nosso Universo observável está prestes a expandir mais rapidamente que a velocidade da luz.

E com o tempo, por causa da expansão acelerada, as coisas só ficarão piores.

Ou seja, quanto mais esperarmos, menos seremos capazes de ver.

Galáxias que hoje conseguimos ver se afastarão de nós a velocidades mais rápidas que a luz, tornando-se invisíveis a nossos olhos.

A luz emitida não será capaz de progredir contra a expansão do espaço e nunca mais chegará até nós.

Terão desaparecido de nosso horizonte.

O  modo  como  isso  funciona  é  um  pouco  diferente  do  que  você  deve  imaginar.

Galáxias não desaparecem de repente, ou piscam e deixam de existir no céu noturno.

Em vez disso, conforme sua velocidade de recessão se aproxima da velocidade da luz, a luz desses objetos fica cada vez mais próxima do desvio para o vermelho.

Em algum momento, toda a luz visível se transforma em infravermelho, micro-ondas, ondas de rádio, e assim por diante, até o comprimento de onda se tornar maior que o tamanho do Universo visível.

É nesse ponto que elas se tornam oficialmente invisíveis.

Podemos  calcular  aproximadamente  em  quanto  tempo  isso  vai  acontecer.

Como em nosso aglomerado local as galáxias estão unidas pela atração gravitacional mútua, elas não recuarão com a expansão de fundo do Universo descoberta por Hubble.

As galáxias externas ao nosso grupo estão a cerca de 1/5.

000 de distância do ponto onde a velocidade de recuo dos objetos se aproxima da velocidade da luz.

Eles levarão aproximadamente 150 bilhões de anos, cerca de dez vezes a idade atual do Universo, para chegar lá, e aí toda a luz das estrelas das galáxias terá alcançado o desvio em um fator de mais ou menos 5 mil.

Em mais ou menos 2 trilhões de anos, sua luz terá se desviado tanto que fará com que seu comprimento de onda seja igual ao tamanho do Universo visível, e o restante terá literalmente desaparecido.

Dois  trilhões  de  anos  podem  parecer  muito  tempo,  e  são.

Do ponto de vista cósmico, no entanto, não chega nem perto da eternidade.

As estrelas de “sequência principal” mais longevas (que têm a mesma história evolucionária que o Sol) têm vidas muito mais longas que o Sol e ainda estarão brilhando em 2 trilhões de anos (mesmo que o Sol morra em mais ou menos 5 bilhões de anos).

Então, em um futuro distante poderá haver civilizações em planetas que rodeiam essas estrelas abastecidas por energia solar, água e materiais orgânicos.

E poderá haver astrônomos com telescópios.

Mas, quando eles olharem para o cosmos, essencialmente tudo o que podemos ver agora, todos os 400 bilhões de galáxias que habitam o Universo visível, terá desaparecido! Tentei usar esse argumento no Congresso norte-americano a fim de pedir financiamento para pesquisas em cosmologia agora, enquanto ainda há tempo para observar.

Para um congressista, no entanto, dois anos são muito tempo.

Dois trilhões são impensáveis.

De  qualquer  forma,  os  astrônomos  do  futuro  terão  uma  grande  surpresa  se  tiverem  ideia  do  que  lhes  falta,  o  que  não  acontecerá.

Não só todo o restante do Universo terá desaparecido — como meu colega Robert Scherrer, da Universidade Vanderbilt, e eu reconhecemos há alguns anos —, como também todas as evidências que hoje nos dizem que vivemos em um Universo em expansão que teve início em um Big Bang, além das provas da existência da energia escura no espaço vazio responsável por esse desaparecimento.

Enquanto  menos  de  um  século  atrás  o  conhecimento  convencional  ainda  postulava  que  o  Universo  era  estático  e  eterno,  com  estrelas  e  planetas  indo  e  vindo,  mas  em  escalas  maiores  que  o  próprio  Universo,  no  futuro  distante,  muito  depois  de  os  vestígios  da  existência  de  nosso  planeta  e  de  nossa  civilização  terem  desaparecido,  a  ilusão  que  se  manteve  até  1930  voltará,  com  uma  vingança  na  manga.

Há  três  pilares  observacionais  que  possibilitaram  a  validação  empírica  do  Big  Bang,  de  forma  que,  mesmo  se  Einstein  e  Lemaître  não  tivessem  existido,  o  reconhecimento  de  que  o  Universo  começara  em  um  estado  quente  e  denso  teria  sido  forçada:  a  expansão  de  Hubble,  o  fundo  cósmico  de  micro-ondas  e  o  acordo  sobre  a  abundância  de  elementos  leves  —  hidrogênio,  hélio  e  lítio  —  que  medimos  no  Universo,  com  as  quantidades  produzidas  durante  os  primeiros  minutos  da  história  do  Universo.

Comecemos  com  a  expansão  de  Hubble.

Como sabemos que o Universo está em expansão? Medimos a velocidade de recuo de objetos distantes em função de sua distância.

No entanto, uma vez que os objetos visíveis do lado de fora do aglomerado local (ao qual somos gravitacionalmente ligados) tenham desaparecido de nosso horizonte, não haverá mais qualquer coisa em expansão — estrela, galáxia, quasar ou mesmo nuvem de gás — que observadores possam seguir.

A expansão será tão eficiente que terá removido todos os objetos visíveis, que na verdade estão recuando em relação a nós.

Mais  do  que  isso,  em  uma  escala  de  tempo  de  mais  de  1  trilhão  de  anos,  todas  as  galáxias  do  aglomerado  local  terão  se  aglutinado  em  um  tipo  de  metagaláxia.

Observadores no futuro distante verão mais ou menos o que os de 1915 acharam que viram: uma única galáxia hospedando sua estrela e seu planeta, cercada por um espaço estático e aparentemente vazio.

Lembre-se  também  de  que  todas  as  evidências  da  existência  de  energia  no     espaço  vazio  vêm  da  observação  da  taxa  de  velocidade  da  expansão  do  Universo.

No entanto, mais uma vez, sem ter como rastrear a expansão, a aceleração do Universo em expansão será inobservável.

De fato, em uma coincidência estranha, estamos vivendo na única era em que a presença de energia escura permeando o espaço vazio pode ser detectável.

É verdade que uma era corresponde a centenas de bilhões de anos, mas em um Universo em expansão eterna representa o mero piscar de olhos cósmicos.

Se  partimos  do  princípio  de  que  a  energia  do  espaço  vazio  é,  grosso  modo,  constante,  como  seria  o  caso  de  uma  constante  cosmológica,  então,  em  tempos  remotos,  a  densidade  da  energia  da  matéria  e  da  radiação  teria  excedido  em  muito  a  do  espaço  vazio.

Isso se deve simplesmente ao fato de que, conforme o Universo se expande, a densidade da matéria e da radiação diminui, porque a distância entre as partículas cresce, fazendo com que haja menos objetos em cada volume.

Há mais ou menos 5 a 10 bilhões de anos, a densidade da matéria e da radiação seria muito maior que hoje.

O Universo seria então dominado pela matéria e pela radiação, com sua atração gravitacional consequente.

Nesse caso, a expansão do Universo estaria desacelerando, e o impacto gravitacional da energia do espaço vazio teria sido inobservável.

Da  mesma  forma,  no  futuro  distante,  quando  o  Universo  tiver  centenas  de  bilhões  de  anos,  a  densidade  da  matéria  e  da  radiação  terá  diminuído  ainda  mais,  e  a  energia  escura  terá  uma  densidade  média  maior  que  1  milhão  de  vezes  a  densidade  de  toda  a  matéria  e  radiação  restantes.

Ela dominará, então, completamente a dinâmica gravitacional do Universo em grandes escalas.

No entanto, com essa idade avançada, a expansão acelerada terá se tornado essencialmente inobservável.

Assim, a energia do espaço vazio assegura, por sua própria natureza, haver um tempo finito para a observação, e, o que é impressionante, nós estamos vivendo esse instante cosmológico.

E  o  outro  pilar  do  Big  Bang,  o  fundo  cósmico  de  micro-ondas,  que  fornece  uma  mini-imagem  do  Universo?  Primeiro,  como  o  Universo  se  expande  cada  vez  mais  rápido  no  futuro,  a  temperatura  da  RCFM  cairá.

Quando o Universo atualmente observável for cerca de cem vezes maior do que é agora, a temperatura da RCFM terá caído um fator de 100, e sua intensidade, ou a densidade de energia armazenada em seu interior, terá caído um fator de 100 milhões, fazendo com que seja mais ou menos 100 milhões de vezes mais difícil detectá-la do que é hoje.

Mas,  afinal,  conseguimos  detectar  o  fundo  cósmico  de  micro-ondas  em  meio  a  todos  os  outros  barulhos  eletrônicos  na  Terra,  e  observadores  no  futuro  distante     talvez  serão  100  milhões  de  vezes  mais  inteligentes  do  que  aqueles  com  que  somos  abençoados  hoje,  ou  seja,  nem  toda  a  esperança  está  perdida.

Ai de nós, parece que mesmo o observador mais brilhante, com o instrumento mais sensível, também terá uma falta de sorte substancial no futuro distante.

Porque na Via Láctea (ou na metagaláxia que se formará quando a galáxia se fundir com as galáxias vizinhas, começando por Andrômeda, em cerca de 5 bilhões de anos) há gás quente entre as estrelas, e esse gás é ionizado, então contém elétrons livres e comporta-se como um plasma.

Como descrevi antes, esse plasma não reflete muitos tipos de radiação.

Existe  algo  chamado  “frequência  de  plasma”,  abaixo  da  qual  a  radiação  não  consegue  permear  um  plasma  sem  absorção.

Baseando-nos na densidade de elétrons livres na galáxia, podemos estimar a frequência de plasma da galáxia e descobrir que a maior parte da RCFM do Big Bang será esticada, quando o Universo tiver cerca de cinquenta vezes sua idade atual, a comprimentos de onda suficientemente grandes e, assim, frequências suficientemente baixas, o que fará com que estejam abaixo da frequência de plasma de nossa (meta)galáxia nessa época futura.

Depois disso, a radiação não conseguirá mais entrar na (meta)galáxia para ser observada, independentemente da tenacidade do observador.

A RCFM também terá desaparecido.

Então,  nenhuma  expansão,  nenhum  brilho  remanescente  do  Big  Bang.

Mas e quanto à abundância de elementos leves — hidrogênio, hélio e lítio — que também provam a existência do Big Bang? De fato, como descrevi no capítulo 1, sempre que encontro alguém que não acredita no Big Bang, gosto de lhe mostrar a figura que carrego na carteira para então dizer: “Veja! Existiu um Big Bang!” Essa imagem parece muito complicada, eu sei, mas na verdade mostra a abundância prevista de hélio, deutério, hélio-3 e lítio, comparada ao hidrogênio, baseada na nossa compreensão atual do Big Bang.

A curva superior, que vai para cima e para a direita, mostra a abundância prevista de hélio, o segundo elemento mais abundante no Universo, por peso, comparado ao hidrogênio (o elemento mais abundante).

As duas curvas seguintes, para baixo e para a direita, representam as abundâncias previstas de deutério e hélio-3, respectivamente, por número de átomos, comparados ao hidrogênio.

Finalmente, a curva inferior representa a abundância prevista do próximo elemento mais leve, o lítio, novamente por número de átomos.

As  abundâncias  previstas  são  representadas  como  funções  da  densidade  total  suposta  da  matéria  normal  (feita  de  átomos)  no  Universo  hoje.

Se a variação dessa quantidade não produzisse nenhuma combinação de todas as abundâncias de elementos previstas que se relacionassem com nossas observações, seria uma evidência séria contra sua produção em um Big Bang quente.

Note que as abundâncias previstas desses elementos variam em pelo menos dez ordens de magnitude.

Os  boxes  não  sombreados  associados  a  cada  curva  representam  o  alcance  permitido  da  abundância  primordial  estimada  desses  elementos  baseado  em  observações  de  estrelas  antigas  e  gás  quente  no  interior  e  no  exterior  da  galáxia.

A  faixa  vertical  sombreada  representa  a  região  em  que  todas  as  previsões  e  observações  concordam.

É difícil imaginar defesa mais concreta que essa correspondência entre previsões e observações, novamente para elementos cujas abundâncias previstas variam em dez ordens de magnitude, para um Big Bang quente e inicial onde todos os elementos leves haviam sido produzidos pela primeira vez.

Vale  a  pena  repetir  as  implicações  dessa  conformidade.

Apenas nos primeiros segundos de um Big Bang quente, com uma abundância inicial de prótons e nêutrons que resultaria em algo muito próximo da densidade da matéria observada em galáxias visíveis hoje e uma densidade de radiação que deixaria como remanescente um correspondente à intensidade da radiação cósmica de fundo em micro-ondas observada hoje, ocorreriam reações nucleares que poderiam reproduzir a abundância de elementos leves — hidrogênio e deutério, hélio e lítio — que deduzimos terem constituído os blocos de construção básicos das estrelas que se espalham pelo céu noturno.

Como Einstein talvez dissesse, somente um Deus muito malicioso (e, portanto, em sua mente, inimaginável) teria conspirado para criar um Universo que aponta tão claramente para uma origem como o Big Bang sem que ela tenha acontecido.

De  fato,  quando  a  conformidade  entre  a  abundância  deduzida  de  hélio  no  Universo  e  a  prevista  de  hélio  resultante  de  um  Big  Bang  foi  demonstrada  pela  primeira  vez,  nos  anos  1960,  foi  um  dos  dados-chave  que  ajudaram  a  imagem  do  Big  Bang  a  ganhar  força  diante  do  modelo  estático  de  Universo  muito  popular  na  época  defendido  por  Fred  Hoyle  e  seus  colegas.

No  futuro  distante,  no  entanto,  as  coisas  serão  bem  diferentes.

As estrelas queimam hidrogênio produzindo hélio, por exemplo.

Atualmente, apenas cerca de 15% de todo o hélio observado no Universo poderia ter sido produzido por estrelas desde o Big Bang — mais uma evidência convincente de que o Big Bang foi necessário para produzir o que vemos.

Mas em um futuro distante esse não será o caso, pois gerações de estrelas terão vivido e morrido.

Quando  o  Universo  tiver  1  trilhão  de  anos,  por  exemplo,  muito  mais  hélio  terá  sido  produzido  em  estrelas  do  que  o  produzido  no  próprio  Big  Bang.

Essa situação é demonstrada no gráfico a seguir: Quando 60% da matéria visível do Universo for composta por hélio, não haverá necessidade de hélio primordial em um Big Bang quente para produzir conformidade com as observações.

Observadores  e  teóricos  de  alguma  civilização  no  futuro  distante  serão,  no  entanto,  capazes  de  usar  esses  dados  para  deduzir  que  o  Universo  deveria  ter  uma     idade  finita.

Como as estrelas queimam hidrogênio produzindo hélio, haverá um limite maior para a vida delas a fim de que não se esgote a razão entre hidrogênio e hélio.

Assim, cientistas do futuro estimarão que o Universo em que vivem tem menos que 1 trilhão de anos.

Mas qualquer sinal de que o início envolveu um Big Bang, e não outro tipo de criação espontânea de nossa futura única (meta)galáxia, faltará.

Lemaître  afirmou  sobre  a  existência  de  um  Big  Bang  única  e  simplesmente  pensando  sobre  a  relatividade  geral  de  Einstein.

Podemos supor que qualquer civilização avançada no futuro distante descobrirá as leis da física, o eletromagnetismo, a mecânica quântica e a relatividade geral.

Algum Lemaître do futuro será capaz de afirmar isso? A conclusão de Lemaître era inevitável, mas foi baseada no pressuposto de que não será verdadeiro para o Universo observável no futuro.

Um Universo cuja matéria se estende de maneira uniforme em todas as direções, um Universo isotrópico e homogêneo, não pode ser estático, pelas razões que Lemaître e mesmo Einstein reconheceram.

Entretanto, há uma solução perfeitamente plausível das equações de Einstein para um único sistema massivo cercado por um espaço estático vazio.

Afinal, se essa solução não existisse, a relatividade geral não seria capaz de descrever objetos isolados como estrelas de nêutrons ou, em última instância, buracos negros.

Grandes  distribuições  de  massa,  como  a  Via  Láctea,  são  instáveis,  então  uma  hora  nossa  (meta)galáxia  entrará  em  colapso  e  formará  um  grande  buraco  negro.

Esse acontecimento é descrito por uma solução estática da equação de Einstein chamada Solução de Schwarzchild.

Mas o prazo para que nossa galáxia entre em colapso e forme um grande buraco negro é muito maior que o prazo para que o restante do Universo desapareça.

Assim, será natural imaginar que nossa galáxia poderia ter existido durante 1 trilhão de anos em um espaço vazio sem nenhum colapso significativo e sem a necessidade de um Universo em expansão em volta dela.

É  claro,  especulações  sobre  o  futuro  são  bem  difíceis.

Escrevia isso, na verdade, enquanto o Fórum Econômico Mundial em Davos, na Suíça, estava cheio de economistas que preveem o comportamento de mercados futuros e revisam suas previsões quando se revelam incorretas.

Em geral, considero quaisquer previsões do futuro distante, e mesmo do futuro não tão distante, da ciência e da tecnologia ainda mais incertas que as da ciência lúgubre.

De fato, sempre que me perguntam sobre o futuro da ciência ou sobre qual será o próximo grande avanço, respondo que, se soubesse, estaria trabalhando nele agora mesmo! Então, gosto de pensar que a imagem que apresentei neste capítulo é algo como a imagem do futuro apresentada pelo terceiro fantasma em Um conto de Natal, de Dickens.

É o futuro como ele deve ser.

Afinal, como não temos ideia do que seja a matéria escura que permeia o espaço vazio, então também não podemos ter certeza de que ela se comportará como a constante cosmológica de Einstein e permanecerá constante.

Se não for assim, o futuro do Universo pode ser muito diferente.

A expansão pode não continuar acelerando, mas desacelerar com o tempo, fazendo com que galáxias distantes não desapareçam.

Como alternativa, talvez haja algumas quantidades observáveis novas não detectáveis que podem fornecer a astrônomos no futuro evidências de que um dia houve um Big Bang.

Ainda  assim,  baseado  em  tudo  o  que  sabemos  sobre  o  Universo  hoje,  o  futuro  que  desenhei  é  o  mais  plausível,  e  é  fascinante  pensar  se  a  lógica,  a  razão  e  os  dados  empíricos  ainda  induzirão,  de  alguma  forma,  cientistas  futuros  a  supor  a  correta  natureza  subjacente  de  nosso  Universo  ou  se  ela  permanecerá  para  sempre  obscura  atrás  do  horizonte.

Um cientista brilhante, explorando a natureza fundamental de forças e partículas, pode derivar uma imagem teórica que sugira que a inflação deve ter acontecido, ou que deve haver uma energia no espaço vazio, o que explicaria não haver galáxias no horizonte visível.

Não sou muito otimista quanto a isso.

A  física  é,  afinal  de  contas,  uma  ciência  empírica,  impulsionada  pelo  experimento  e  pela  observação.

Se não tivéssemos inferido, por meio de observações, a existência da matéria escura, duvido que qualquer teórico teria sido corajoso o suficiente para sugerir sua existência hoje.

E, embora características possam sugerir que algo está errado com a imagem de uma única galáxia em um Universo estático sem um Big Bang — talvez uma observação de abundâncias de elementos que pareça anômala —, suspeito que a navalha de Occam sugerirá que a imagem mais simples é a correta e que as observações anômalas podem ser explicadas por algum efeito local.

Desde  que  Bob  Scherrer  e  eu  propusemos  o  desafio  de  que  cientistas  no  futuro  usarão  dados  e  modelos  falsificáveis  —  o  próprio  paradigma  da  boa  ciência  —,  mas  que  no  processo  acabarão  com  uma  imagem  falsa  do  Universo,  muitos  colegas  tentaram  sugerir  maneiras  de  observar  a  expansão  no  futuro  distante.

Também posso imaginar experimentos possíveis.

Mas não consigo acreditar por que eles estariam tão motivados.

Por  exemplo,  seria  preciso  ejetar  estrelas  brilhantes  de  nossa  galáxia  e  enviá-las     para  o  espaço,  esperar  1  bilhão  de  anos  até  elas  explodirem  e  tentar  observar  suas  velocidades  de  recessão  em  função  da  distância  que  alcançaram  antes  da  explosão,  para  investigar  se  teriam  ajuda  de  uma  possível  expansão  do  espaço.

É pedir muito, mas, mesmo que isso fosse possível, não consigo acreditar que a Fundação Nacional da Ciência do futuro financie o experimento sem pelo menos outra motivação para argumentar a favor da expansão do Universo.

E se, de alguma forma, estrelas de nossa galáxia forem ejetadas e detectadas naturalmente à medida que se movimentam em direção ao horizonte, não fica claro para mim que a observação de uma aceleração anômala possa ser interpretada como uma proposta tão corajosa e estranha quanto um Universo em expansão dominado por energia escura.

Podemos  nos  considerar  sortudos  por  viver  no  tempo  de  agora.

Ou como Bob e eu escrevemos em um dos artigos: “Vivemos em uma era muito especial.

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a única era em que podemos verificar por meio de observações que vivemos em uma era muito especial!” Estávamos brincando, mas é sensato sugerir que alguém pode dispor das melhores ferramentas teóricas e observacionais e mesmo assim chegar a uma imagem completamente falsa do Universo em grande escala.

Devo  apontar,  no  entanto,  que,  mesmo  que  dados  incompletos  possam  levar  a  uma  imagem  falsa,  isso  é  muito  diferente  da  imagem  (falsa)  obtida  ao  ignorar  dados  empíricos  para  inventar  uma  imagem  de  criação  que  contradiga  as  evidências  da  realidade  (os  adeptos  da  Terra  jovem,  por  exemplo),  ou  ao  reivindicar  a  existência  de  algo  para  o  qual  não  existe  qualquer  tipo  de  evidência  observável  (como  a  inteligência  divina)  que  concilie  sua  visão  da  criação  a  seus  preconceitos  a  priori,  ou  ainda  pior,  aqueles  que  se  agarram  a  contos  de  fadas  sobre  a  natureza  que  supõem  as  respostas  antes  que  perguntas  possam  ser  feitas.

Pelo menos os cientistas do futuro estarão baseando suas estimativas nas melhores evidências disponíveis, reconhecendo, como todos reconhecemos, ou pelo menos como os cientistas reconhecem, que novas evidências podem mudar a imagem que temos da realidade.

Vale  a  pena  acrescentar  que  hoje  talvez  não  estejamos  vendo  algo  que  só  poderíamos  ter  observado  há  10  bilhões  de  anos,  ou  talvez  daqui  a  100  bilhões  de  anos.

Ainda assim, devo salientar que a existência do Big Bang está muito bem- fundamentada em dados de todas as áreas para que se prove inválida em suas características gerais.

Mas alguma nova compreensão dos detalhes discretos do passado ou do futuro distantes, ou da origem do Big Bang e de sua singularidade possível no espaço, pode surgir de repente com novos dados.

Na verdade, espero que isso aconteça.

Uma lição que podemos tirar do possível fim da vida e da inteligência no Universo é que precisamos ter humildade cósmica em nossas afirmações, mesmo que isso seja difícil para os cosmólogos.

De  qualquer  forma,  o  cenário  descrito  tem  certa  simetria  poética,  embora  seja  igualmente  trágico.

No futuro, os cientistas deduzirão uma imagem do Universo que remontará àquela que tínhamos no início do século passado e que serviu de catalisadora para investigações que levaram a revoluções modernas na cosmologia.

A cosmologia então terá se fechado em um círculo.

Eu, por exemplo, acho isso impressionante, mesmo que alguns achem a maior futilidade de nosso breve momento ao sol.

Mesmo  assim,  o  problema  fundamental  ilustrado  pelo  possível  fim  da  cosmologia  é  que  temos  apenas  um  Universo  para  pôr  à  prova.

Embora precisemos testá-lo caso tenhamos qualquer esperança de entender como o que hoje observamos surgiu, somos, no entanto, limitados tanto nas medições quanto nas interpretações dos dados.

Se  muitos  Universos  existem,  e  se  de  alguma  forma  pudéssemos  investigar  mais  de  um,  talvez  tivéssemos  mais  chances  de  saber  quais  observações  são  realmente  significativas  e  fundamentais  e  quais  surgem  apenas  como  acidentes  circunstanciais.

Como  veremos,  a  última  possibilidade  talvez  seja  improvável,  mas  a  primeira,  não,  e  cientistas  estão  avançando  com  novos  testes  e  novas  propostas  para  aprofundar  a  compreensão  das  características  inesperadas  e  estranhas  do  Universo.

Antes  de  prosseguir,  no  entanto,  talvez  valha  a  pena  evocar  outra  imagem,  mais  literária,  do  provável  futuro  que  apresentei  aqui  —  imagem  especialmente  relevante  para  o  objetivo  deste  livro.

Ela vem da resposta de Christopher Hitchens ao cenário que acabei de descrever: “Para aqueles que acham impressionante vivermos em um Universo do Algo, esperem.

O Nada está avançando em uma rota de colisão que vem em nossa direção.

” UM GRANDE ACIDENTE? Supondo-se a existência de um criador e um plano, isso faz dos humanos objetos em um experimento cruel em que somos criados para ficar doentes e ordenados a ficar sadios.

Christopher  Hitchens    É  INATO  PENSAR  QUE  TUDO  O  QUE  ACONTECE  tem  significado.

Sonhamos que um amigo vai quebrar o braço e, no dia seguinte, descobrimos que ele torceu o tornozelo.

Uau! Cósmico! Vidente? O físico Richard Feynman gostava de abordar as pessoas dizendo: “Você não vai acreditar no que aconteceu comigo hoje! Você não vai acreditar!” E, quando elas perguntavam o que acontecera, ele dizia: “Absolutamente nada!” Feynman sugeria que as pessoas apenas atribuíam significado quando algo como o sonho que descrevi acontece.

Elas ignoram todos os sonhos sem sentido que não previram absolutamente nada.

Ao ignorar o fato de que nada de notável acontece na maior parte do tempo, interpretamos mal a natureza da probabilidade quando algo incomum acontece: no meio de vários acontecimentos, algo incomum vai acontecer, só por acidente.

Como  isso  se  aplica  ao  Universo?    Até  a  descoberta  de  que,  inexplicavelmente,  a  energia  do  espaço  vazio  não  só  não  é  zero,  mas  assume  um  valor  que  é  120  ordens  de  grandeza  menor  que  a  estimativa  que  descrevi  baseado  em  ideias  da  física  de  partículas,  o  conhecimento  entre  os  físicos  era  de  que  todo  parâmetro  fundamental  medido  na  natureza  é  significativo.

Com isso, baseados em princípios fundamentais, conseguiríamos entender questões como: por que a gravidade é tão mais fraca que as outras forças da natureza, por que o próton é 2 mil vezes mais pesado que o elétron e por que existem três famílias de partículas elementares.

Dito de outra forma, uma vez que entendêssemos as leis que governam as forças da natureza em menor escala, todos esses mistérios seriam revelados como consequências naturais.

(Um  argumento  puramente  religioso,  por  outro  lado,  poderia  sugerir  que  cada  constante  fundamental  é  significativa  porque  Deus  escolheu  um  valor  para  cada  uma  como  parte  de  um  plano  divino  para  o  Universo.

Nesse caso, nada é acidente, mas, pelos mesmos parâmetros, nada é previsto ou realmente explicado.

É um argumento que não leva a lugar nenhum e não produz nada de útil sobre as leis da física que governam o Universo, apenas fornece consolo para o crente.

) Mas a descoberta de energia no espaço vazio deu início ao questionamento entre os físicos sobre o que é necessário na natureza e o que pode ser acidental.

O  catalisador  dessa  nova  Gestalt  tem  origem  no  argumento  que  dei  no  último  capítulo:  a  energia  escura  é  mensurável  hoje  porque  “agora”  é  o  único  momento  na  história  do  Universo  em  que  a  energia  no  espaço  vazio  é  comparável  à  densidade  da  energia  da  matéria.

Por  que  deveríamos  viver  em  um  tempo  tão  “especial”  na  história  do  Universo?  De  fato,  isso  vai  de  encontro  a  tudo  que  caracterizou  a  ciência  desde  Copérnico.

Aprendemos que a Terra não é o centro do sistema solar e que o Sol é uma estrela localizada nas bordas externas e distantes de uma galáxia que é apenas uma de 400 bilhões no Universo observável.

Tivemos que aceitar o “princípio de Copérnico” de que não há nada de especial sobre nosso lugar e nossa época.

Mas,  com  a  energia  do  espaço  vazio,  parece  que  vivemos,  sim,  em  uma  época  especial.

A ilustração de uma “breve história do tempo” ilustra melhor o que quero dizer: As duas curvas representam a densidade de energia de toda a matéria no Universo e a densidade da energia do espaço vazio (supondo que seja uma constante cosmológica) como uma função do tempo.

Como se pode ver, a densidade da matéria cai à medida que o Universo se expande (a distância entre as galáxias aumenta ainda mais e a matéria, assim, fica “diluída”), exatamente como o esperado.

No entanto, a densidade da energia do espaço vazio permanece constante, porque, pode-se argumentar, nada se dilui no espaço vazio.

(Ou, como descrevi antes, o Universo realiza trabalho no espaço vazio à medida que se expande.

) As duas curvas se cruzam relativamente próximas ao tempo presente, a fonte da estranha coincidência que descrevi.

 Agora  veja  o  que  aconteceria  se  a  energia  no  espaço  vazio  fosse,  digamos,  cinquenta  vezes  maior  que  a  estimada  hoje.

As duas curvas se cruzariam em um tempo diferente, anterior, conforme mostra a figura abaixo.

 O  tempo  em  que  as  curvas  se  cruzam  no  primeiro  valor  da  constante,  aumentado  o  valor  de  energia  do  espaço  vazio,  acontece  quando  as  galáxias  se  formaram,  mais  ou  menos  1  bilhão  de  anos  após  o  Big  Bang.

Mas a energia do espaço vazio é gravitacionalmente repulsiva.

Se ela tivesse dominado a energia do Universo antes de as galáxias se formarem, a força repulsiva, devido à sua energia, teria sobrepesado (literalmente) a força gravitacional atrativa normal que fez com que a matéria se amontoasse.

E as galáxias nunca teriam se formado! No entanto, se as galáxias não tivessem se formado, as estrelas também não o fariam.

E se as estrelas não tivessem se formado, os planetas também não o fariam.

E se os planetas não tivessem se formado, os astrônomos não existiriam! Então, em um Universo com uma energia de espaço vazio simplesmente cinquenta vezes maior que a observada, aparentemente ninguém estaria hoje por aqui para tentar medi-la.

Isso  poderia  significar  alguma  coisa?  Logo  após  a  descoberta  da  aceleração  do  Universo,  o  físico  Steven  Weinberg  propôs,  baseado  em  um  argumento  desenvolvido  uma  década  antes  —  anterior  à  descoberta  da  energia  escura  —,  que  o  “problema  da  coincidência”  poderia,  então,  ser  resolvido  se  o  valor  da  constante  cosmológica  fosse,  de  certa  forma,  selecionado  “antropicamente”.

Isto é, se de alguma forma houvesse muitos Universos, e em cada um o valor da energia do espaço vazio tivesse um valor escolhido aleatoriamente baseado na distribuição de probabilidade entre todas as energias possíveis, então a vida como a conhecemos seria capaz de evoluir somente nos Universos nos quais o valor não fosse diferente do que medimos.

Talvez estejamos em um Universo com uma energia pequena no espaço vazio porque não poderíamos estar em um cujo valor fosse muito maior.

Em outras palavras, não é tão surpreendente descobrir que vivemos em um Universo no qual podemos viver! Esse argumento, no entanto, só faz sentido matematicamente se houver a possibilidade de muitos Universos diferentes terem surgido.

Falar sobre muitos Universos diferentes pode parecer um oximoro.

Afinal, a noção de Universo tornou-se sinônimo de “tudo o que existe”.

Mais  recentemente,  no  entanto,  “Universo”  passou  a  ter  um  significado  mais  simples,  sem  dúvida  mais  sensato.

Hoje em dia é comum pensar que o “nosso” Universo compreende tudo o que podemos ver agora e tudo o que poderíamos vir a ver.

Fisicamente, então, o Universo compreende tudo aquilo que poderia sofrer impacto um dia ou que possa vir a ter.

No  minuto  em  que  se  escolhe  esta  definição  para  o  Universo,  a  existência  de  outros  —  regiões  que  sempre  estiveram  e  sempre  estarão  casualmente  desconectadas  da  nossa,  como  ilhas  desprovidas  de  comunicação  umas  com  as  outras  por  meio  de  um  oceano  de  espaço  —  torna-se  possível,  pelo  menos  em  princípio.

O  Universo  é  tão  vasto  que,  como  já  enfatizei,  se  algo  não  é  impossível,  então  é  praticamente  garantido  que  ocorra  em  algum  lugar  dele.

Fatos raros acontecem o tempo todo.

Algum princípio pode se aplicar à possibilidade de muitos Universos, ou um “multiverso”, como a ideia é conhecida hoje.

No entanto, a situação teórica é mais forte que uma mera possibilidade.

Algumas ideias centrais que orientam grande parte da atual atividade da física de partículas parece exigir um multiverso.

 Quero  enfatizar  isso  porque,  em  discussões  com  pessoas  que  acreditam  na  existência  de  um  criador,  o  multiverso  é  visto  como  uma  desculpa  de  físicos  que  ficaram  sem  respostas  —  ou  talvez  sem  perguntas.

Isso pode acontecer um dia, mas não hoje.

Quase todas as possibilidades lógicas quanto a estender as leis da física como as conhecemos em pequenas escalas para uma teoria mais completa sugerem que, em grandes escalas, o Universo não está sozinho.

O  fenômeno  da  inflação  fornece  talvez  o  primeiro,  e  talvez  o  melhor,  raciocínio.

No quadro inflacionário, durante a fase em que uma energia enorme domina temporariamente uma região do Universo, essa região começa a se expandir exponencialmente.

Em algum ponto, uma pequena região dentro desse “falso vácuo” pode sair da inflação conforme uma transição de fase na região ocorre e o campo dentro dela relaxa, alcançando seu valor de energia verdadeiro, mais baixo; a expansão dentro dessa região deixará de ser exponencial.

Mas o espaço entre essas regiões continuará a se expandir exponencialmente.

A qualquer momento, a não ser que a transição se complete por todo o espaço, este se encontrará dentro de uma região inflacionária.

E a região inflacionária separará as regiões que saíram primeiro da inflação em distâncias quase inimagináveis.

É como a lava que sai de um vulcão.

Algumas pedras esfriarão e se solidificarão, mas serão carregadas para longe umas das outras conforme flutuam em um mar de magma líquido.

A  situação  pode  ser  ainda  mais  dramática.

Em 1986, Andrei Linde, que, junto com Alan Guth, tem sido um dos construtores da teoria inflacionária moderna, promoveu e explorou um cenário ainda mais geral.

Isso também foi antecipado por Alex Vilenkin, um criativo cosmólogo russo radicado nos Estados Unidos.

Tanto Linde quanto Vilenkin têm a confiança que se encontra em grandes físicos russos, mas suas histórias diferem um pouco.

Linde prosperou no estabelecimento da antiga física soviética antes de emigrar para os Estados Unidos, após a queda da União Soviética.

Audacioso, brilhante e engraçado, continuou a dominar grande parte da física de partículas teórica.

Vilenkin emigrou antes, antes mesmo de se tornar físico, e trabalhou nos Estados Unidos em empregos comuns, enquanto estudava.

Embora sempre tivesse interesse em cosmologia, acidentalmente se inscreveu para a pós-graduação errada e acabou publicando uma tese em física da matéria condensada — a física dos materiais.

Conseguiu um emprego como pesquisador em pós-doutorado na Universidade Case Western Reserve, da qual mais tarde eu me tornei titular.

Durante esse período, ele perguntou ao orientador, Philip Taylor, se poderia trabalhar em cosmologia além dos projetos aos quais já se dedicava.

Philip me disse mais tarde que, mesmo com esse trabalho de meio período, Alex foi o pós-doutorando mais produtivo que ele já teve.

De  qualquer  forma,  Linde  reconheceu  que,  embora  flutuações  quânticas  durante  a  inflação  possam  com  frequência  empurrar  o  campo  que  impele  a  inflação  em  direção  a  seu  menor  estado  de  energia,  e  assim  fornecer  uma  saída  à  francesa,  sempre  há  a  possibilidade  de  que,  em  algumas  regiões,  as  flutuações  quânticas  impulsionem  o  campo  em  direção  a  valores  mais  altos  de  energia  e  consequentemente  para  longe  de  valores  segundo  os  quais  a  inflação  terminará,  fazendo  com  que  ela  continue  inabalável.

Como essas regiões terão períodos de tempo maiores de expansão, haverá muito mais espaço sofrendo inflação que espaço não sofrendo.

Nessas regiões, flutuações quânticas levarão algumas sub- regiões a sair da inflação mais uma vez, e assim se expandir exponencialmente, mas, de novo, haverá regiões em que as flutuações quânticas farão com que a inflação persista por ainda mais tempo.

E assim por diante.

Essa  imagem,  chamada  por  Linde  de  “inflação  caótica”,  realmente  lembra  sistemas  caóticos  mais  familiares  na  Terra.

Tome a preparação do mingau de aveia, por exemplo.

A qualquer momento uma bolha de gás pode estourar na superfície, refletindo regiões onde o líquido a alta temperatura completa uma transição de fase para formar vapor.

Mas, entre as bolhas, o mingau está se agitando e fluindo.

Em grandes escalas há regularidade — sempre há bolhas estourando em algum lugar.

Em pequenas escalas, no entanto, as coisas são muito diferentes dependendo de para onde se olha.

Isso também aconteceria em um Universo em inflação caótica.

Se alguém estivesse em uma “bolha” de estado fundamental verdadeiro que parou de inflacionar, seu Universo pareceria muito diferente de grande parte do espaço em volta de si, que ainda estaria inflacionando.

Nesse  quadro,  a  inflação  é  eterna.

Algumas regiões, de fato a maior parte do espaço, continuarão a inflacionar para sempre.

As regiões que saírem da inflação resultarão em Universos separados, casualmente desconectados.

Ou seja, um multiverso é inevitável se a inflação for eterna, e a inflação eterna é, de longe, a possibilidade mais provável da maioria dos cenários inflacionários, se não de todos.

Como Linde colocou, em seu trabalho de 1986: A velha questão do porquê nosso Universo ser o único possível é agora substituída pela possibilidade de existirem miniuniversos como o nosso.

Essa questão ainda é muito difícil, mas é muito mais fácil que a anterior.

A modificação do ponto de vista sobre a estrutura global do Universo e nosso lugar no mundo é uma das consequências mais importantes do desenvolvimento do cenário do Universo inflacionário.

 Conforme  Linde  enfatizou,  e  desde  então  ficou  esclarecido,  esse  quadro  também  fornece  outra  nova  possibilidade  para  a  física.

Seria possível simplesmente existir muitos estados quânticos de baixa energia do Universo presentes na natureza a que um Universo inflacionário poderia, em última análise, decair.

Como a configuração dos estados quânticos desses campos seria diferente em cada região, o caráter das leis fundamentais da física em cada região/Universo pode então parecer diferente.

Aqui  surgiu  o  primeiro  “panorama”  em  que  o  argumento  antrópico,  fornecido  anteriormente,  apareceria.

Se existem muitos estados diferentes nos quais o Universo poderia terminar depois da inflação, talvez este em que vivemos, onde a energia de vácuo não zero é pequena o suficiente para que as galáxias possam ter se formado, seja apenas um de uma família potencialmente infinita, selecionado por cientistas curiosos porque sustenta galáxias, estrelas, planetas e vida.

O  termo  “panorama”  não  surgiu,  no  entanto,  nesse  contexto.

Foi promovido por uma máquina de marketing muito mais eficaz associada ao rolo compressor que vem conduzindo a teoria de partículas durante grande parte dos últimos 25 anos: a teoria das Cordas.

A teoria das Cordas postula que partículas elementares têm constituintes mais fundamentais, e não partículas, como objetos que se comportam como cordas que vibram.

Assim como a vibração das cordas de um violino pode criar notas diferentes, nessa teoria, diferentes tipos de vibração produzem objetos que podem, em princípio, se comportar como todas as diferentes partículas elementares que encontramos na natureza.

A pegadinha, no entanto, é que a teoria não é matematicamente consistente quando definida em meras quatro dimensões, exigindo mais dimensões para fazer sentido.

O que acontece com as outras dimensões não fica óbvio de cara, tampouco a questão de quais outros objetos além das cordas podem ser importantes para definir a teoria — alguns dos muitos desafios não resolvidos que entorpeceram um pouco o entusiasmo inicial.

Não  vamos  aqui  revisar  minuciosamente  a  teoria  das  Cordas,  o  que  talvez  nem  seja  possível,  porque  se  uma  coisa  ficou  clara  nos  últimos  25  anos  foi  que  o  que  antes  foi  chamado  de  teoria  das  Cordas  é  claramente  algo  muito  mais  elaborado  e  complicado,  algo  cuja  natureza  fundamental  ainda  é  um  mistério.

Ainda  não  sabemos  se  essa  teoria  impressionante  tem  a  ver  com  o  mundo  real.

Ainda assim, talvez nenhuma imagem teórica tenha permeado com tanto sucesso a consciência da comunidade científica sem ter nunca demonstrado sua habilidade de resolver com êxito um único mistério experimental sobre a natureza.

Muitas  pessoas  tomarão  o  que  acabei  de  dizer  como  uma  crítica  à  teoria  das  Cordas,  mas,  embora  eu  tenha  fama  de  detrator,  essa  não  é  minha  intenção  aqui  —     tampouco  fora  nas  numerosas  palestras  e  debates  públicos  que  tive  com  meu  amigo  Brian  Greene,  um  dos  principais  proponentes  dessa  teoria.

Pelo contrário, só acho importante cortar a comoção popular com um choque de realidade.

A teoria das Cordas envolve ideias e matemática fascinantes que podem esclarecer uma das inconsistências mais fundamentais da física teórica: nossa incapacidade de lançar mão da relatividade geral de Einstein de forma que possa ser combinada com as leis da mecânica quântica para resultar em previsões sensíveis sobre como o Universo se comporta em menores escalas.

Escrevi  um  livro  sobre  como  a  teoria  das  Cordas  vem  insistindo  em  contornar  esse  problema,  mas,  para  nossos  objetivos  aqui,  apenas  um  resumo  é  necessário.

A proposta central é simples de formular, mas difícil de implementar.

Em escalas muito pequenas, apropriadas à escala em que podemos encontrar problemas entre a gravitação e a mecânica quântica, cordas elementares podem se enrolar em circuitos fechados.

Em meio a esses circuitos fechados sempre existe uma excitação que tem as propriedades da partícula que, na teoria quântica, transmite a força da gravidade: o gráviton.

Assim, a teoria quântica das cordas fornece, a princípio, o campo no qual uma teoria quântica da gravitação verdadeira pode ser construída.

Foi  descoberto  que  tal  teoria  poderia  evitar  as  infinitas  e  vergonhosas  previsões  das  abordagens  quânticas  para  a  gravitação.

Porém, houve um contratempo.

Na versão mais simplificada da teoria, as previsões podiam ser evitadas somente se as cordas que compõem as partículas elementares estivessem vibrando, não apenas nas quatro dimensões — três do espaço e uma do tempo — às quais estamos acostumados, mas em 26! Tal salto de complexidade (e, talvez, de fé) seria suficiente para fazer com que a maioria dos físicos perdesse o entusiasmo pela proposta, mas, em meados dos anos 1980, um belo trabalho matemático desenvolvido em grupo — com destaque especial para Edward Witten, do Institute for Advanced Study — demonstrou que a teoria poderia fornecer muito mais que uma teoria quântica da gravitação.

Com a introdução de novas simetrias matemáticas, principalmente uma estrutura poderosa e impressionante chamada “supersimetria”, tornou-se possível reduzir o número de dimensões exigidas para a consistência da teoria para meras dez.

Mais  importante,  no  entanto,  era  a  possibilidade  de,  no  contexto  da  teoria  das  Cordas,  unificar  a  gravitação  com  as  outras  forças  da  natureza  em  uma  única  teoria  e,  ainda  mais,  explicar  a  existência  de  toda  e  cada  partícula  elementar  conhecida.

Finalmente, uma única teoria simples em dez dimensões reproduziria tudo o que vemos em nosso mundo quadridimensional.

 Reivindicações  quanto  a  uma  “Teoria  de  Tudo”  começaram  a  se  propagar  não  só  na  literatura  científica,  mas  no  senso  comum  também.

Como resultado, talvez as pessoas se familiarizem mais com as “supercordas” do que com a “supercondutividade” — quando resfriados a baixas temperaturas, alguns materiais podem conduzir eletricidade sem resistência —, não só uma das propriedades mais impressionantes da matéria observadas a baixas temperaturas, mas também a responsável pela nossa compreensão da composição quântica dos materiais.

Infelizmente,  os  últimos  25  anos  mais  ou  menos  não  foram  tão  dedicados  à  teoria  das  Cordas.

Quando as melhores mentes teóricas do mundo lhe deram atenção, produzindo novos resultados e muita matemática no processo (Witten chegou a ganhar o maior prêmio na área, por exemplo), descobriram, afinal, que as “cordas” da teoria das Cordas não eram os objetos fundamentais.

Outras estruturas mais complicadas, chamadas “branas” — nome que vem das “membranas” das células —, que existem em dimensões mais altas, é que provavelmente controlam o comportamento da teoria.

O  pior  é  que  a  singularidade  da  teoria  começou  a  desaparecer.

Afinal, o mundo em que vivemos não tem dez dimensões, e sim quatro.

Algo deve acontecer com as seis dimensões restantes, e a explicação canônica para sua invisibilidade é que elas são, de alguma forma, “compactadas” — ou seja, são enroladas em escalas tão pequenas que não conseguimos discerni-las em nossas escalas, ou mesmo nas menores experimentadas pelos aceleradores de partículas de maior energia.

Existe  uma  diferença  entre  esses  domínios  escondidos  propostos  e  os  domínios  da  espiritualidade  e  da  religião,  muito  embora  possam  não  parecer  tão  diferentes  à  primeira  vista.

Em primeiro lugar, os domínios científicos são acessíveis se alguém construir um acelerador suficientemente energético — além das fronteiras do praticamente certo, mas não além das fronteiras da possibilidade.

Em segundo, pode-se esperar, como se espera das partículas virtuais, que seja encontrada uma evidência direta de sua existência por meio dos objetos que podemos medir no Universo quadridimensional.

Em resumo, como as quatro dimensões foram propostas como parte de uma teoria desenvolvida para tentar explicar o Universo, em vez de justificá-lo, elas podem ser acessíveis aos testes empíricos, mesmo que sua probabilidade seja pequena.

Além  disso,  a  possível  existência  dessas  dimensões  extras  fornece  um  desafio  enorme  à  esperança  de  que  nosso  Universo  é  único.

Mesmo que se comece com uma única teoria em dez dimensões (que, repito, ainda não sabemos se existe), cada modo de compactar as seis dimensões invisíveis pode resultar em um tipo diferente de Universo quadridimensional, com leis da física diferentes, forças diferentes, partículas diferentes e governado por simetrias distintas.

Alguns teóricos estimaram existir 10.

500 Universos quadridimensionais diferentes que poderiam resultar de uma única teoria das Cordas de dez dimensões.

Uma “Teoria de Tudo” de repente se tornou uma “Teoria de Qualquer Coisa”! Essa situação foi exemplificada com sarcasmo em uma das minhas tirinhas científicas preferidas, a xkcd.

Nessa tirinha, um personagem diz ao outro: “Acabei de ter uma ideia incrível: e se toda matéria e toda energia forem constituídas de pequenas cordas vibrantes?” O segundo personagem então responde: “Ok.

E o que isso implicaria?” Ao que o primeiro diz: “Sei lá!” Em uma nota menos brincalhona, o físico Frank Wilczek, ganhador do prêmio Nobel, sugeriu que os teóricos das cordas inventaram uma nova forma de fazer física que lembrava uma nova forma de jogar dardos.

Joga-se o dardo contra uma parede branca, e então vai-se até a parede e faz-se o desenho de um alvo onde o dardo pousou.

Embora  o  comentário  reflita  o  que  vinha  acontecendo,  pode  parecer  muito  mesquinho,  porque,  afinal,  os  teóricos  estão  tentando  sinceramente  descobrir  princípios  que  podem  governar  o  mundo  em  que  vivemos.

Ainda assim, a multiplicidade de Universos quadridimensionais possíveis, que costumava ser uma vergonha para os teóricos das cordas, agora tornou-se uma virtude.

Em um “multiverso” com dez dimensões, pode-se incorporar uma série de Universos quadridimensionais possíveis (ou com cinco dimensões, ou seis, e assim por diante), e cada um pode abranger leis da física diferentes e, mais que isso, a energia do espaço vazio em cada um pode ser diferente.

Embora  soe  como  uma  interpretação,  esta  parece  ser  uma  consequência  automática  da  teoria,  criando  um  “panorama”  multiverso  real  para  fornecer  uma  estrutura  natural  para  o  desenvolvimento  de  uma  compreensão  antrópica  da  energia  do  espaço  vazio.

Nesse caso, não precisamos de um número infinito de Universos possíveis separados no espaço tridimensional.

Ao contrário, um número infinito de Universos pode ficar empilhado em cima de um único ponto em nosso espaço, invisível para nós, mas capazes de exibir de forma impressionante diferentes propriedades.

Devo  enfatizar  que  essa  teoria  não  é  tão  trivial  quanto  o  devaneio  teológico  de  são  Tomás  de  Aquino  sobre  a  possibilidade  de  vários  anjos  ocuparem  o  mesmo  lugar  no  espaço,  uma  ideia  que  mais  tarde  foi  ridicularizada  por  teólogos  com  especulações  infrutíferas  sobre  quantos  anjos  caberiam  na  ponta  de  uma  agulha  —     ou,  segundo  a  versão  mais  popular,  na  cabeça  de  um  alfinete.

São Tomás de Aquino respondeu a essa pergunta ele mesmo, dizendo que mais de um anjo não poderia ocupar o mesmo espaço — é claro, sem qualquer justificação teórica ou empírica! (E se eles fossem anjos quânticos bosônicos, ele estaria errado de qualquer forma.

) Diante de um quadro como esse, e com a matemática adequada, pode-se esperar, em princípio, fazer previsões físicas de fato.

Por exemplo, pode-se derivar uma “distribuição de probabilidade” descrevendo a possibilidade de encontrar tipos diferentes de Universos quadridimensionais incorporados a um multiverso dimensional maior.

Pode-se descobrir, por exemplo, que a maior parte desses Universos cuja energia de vácuo é menor também tem três famílias de partículas elementares e quatro forças diferentes.

Ou pode-se descobrir que apenas em Universos com energia de vácuo pequena poderia existir uma força eletromagnética de longo alcance.

Qualquer resultado poderia fornecer evidências razoavelmente convincentes de que uma explicação antrópica probabilística da energia do espaço vazio — em outras palavras, descobrir que um Universo que se parece com o nosso com pouca energia de vácuo não é improvável — faz muito sentido fisicamente falando.

No  entanto,  a  matemática  ainda  não  nos  levou  tão  longe  —  e  isso  talvez  nunca  aconteça.

Porém, apesar da impotência teórica atual, não significa que essa possibilidade não seja realizada pela natureza.

Ainda  assim,  nesse  meio-tempo,  a  física  de  partículas  fez  com  que  o  raciocínio  antrópico  desse  um  passo  à  frente.

A  física  de  partículas  está  muito  à  frente  da  cosmologia.

Esta produziu uma questão completamente misteriosa: a energia do espaço vazio, sobre a qual não sabemos quase nada.

Por outro lado, a física de partículas não compreendeu muitas outras questões por muito mais tempo! Por exemplo: por que existem três gerações de partículas elementares (o elétron e seus primos mais pesados, o múon e o tau, ou os três conjuntos diferentes de quarks dos quais os dois de menor energia correspondem a grande parte da matéria que encontramos na Terra)? Por que a gravidade é tão mais fraca que todas as outras forças da natureza, como o eletromagnetismo? Por que o próton é 2 mil vezes mais pesado que o elétron? Alguns físicos de partículas agora levaram a onda antrópica ao extremo, talvez porque seus esforços para explicar esses mistérios por meio das causas físicas ainda não foram bem-sucedidos.

Afinal, se uma quantidade fundamental na natureza é na verdade um acidente ambiental, por que a maioria dos outros parâmetros fundamentais não é? Talvez todos os mistérios da teoria de partículas possam ser resolvidos invocando o mesmo mantra: se o Universo fosse de qualquer outro jeito, não poderíamos viver nele! A solução dos mistérios da natureza é mesmo uma solução ou, mais importante, ela descreve a ciência como nós a entendemos? Afinal, o objetivo da ciência e, em especial, da física, durante os últimos 450 anos tem sido explicar por que o Universo deve ser do jeito que medimos, e não por que, em geral, as leis da natureza produziriam Universos tão diferentes.

Venho  tentando  explicar  por  que  não  é  exatamente  esse  o  caso,  ou  seja,  por  que  muitos  cientistas  respeitáveis  se  voltaram  para  o  princípio  antrópico  e  por  que  vários  têm  trabalhado  para  ver  se  podemos  aprender  algo  de  novo  sobre  o  Universo  baseado  nele  mesmo.

Deixe-me  ir  mais  longe  e  tentar  explicar  como  a  existência  de  Universos  não  detectáveis  —  a  uma  distância  praticamente  infinita  do  espaço  ou  bem  na  ponta  de  nosso  nariz,  a  uma  distância  microscópica  em  dimensões  extras  possíveis  —  pode,  ainda  assim,  estar  sujeita  a  algum  tipo  de  experimento.

Imagine,  por  exemplo,  que  desenvolvemos  uma  teoria  baseada  em  unificar  pelo  menos  três  das  quatro  forças  da  natureza  em  uma  Grande  Teoria  Unificada,  um  tema  de  interesse  contínuo  e  intenso  na  física  de  partículas  (entre  aqueles  que  não  desistiram  de  procurar  por  teorias  fundamentais  em  quatro  dimensões).

Tal teoria faria previsões sobre as forças da natureza e sobre o espectro de partículas elementares que examinamos nos aceleradores.

Se ela fizesse uma série de previsões verificadas posteriormente por meio de experimentos, teríamos razões muito boas para suspeitar de que contém um germe de verdade.

Agora,  suponha  que  essa  teoria  também  preveja  um  período  de  inflação  no  início  do  Universo  e,  de  fato,  que  nossa  época  inflacionária  seja  apenas  um  de  uma  série  desses  episódios  em  um  multiverso  em  inflação  eterna.

Mesmo que não pudéssemos explorar diretamente a existência dessas regiões além do nosso horizonte, então, como afirmei antes, se anda como pato e grasna como pato.

.

.

Bem, você sabe.

Encontrar  sustentação  empírica  para  as  dimensões  extras  é  mais  improvável,  mas  não  impossível.

Muitos jovens teóricos brilhantes vêm se dedicando ao desafio de desenvolver a teoria a ponto de haver alguma evidência, mesmo indireta, que seja correta.

Suas esperanças podem estar mal-aplicadas, mas eles estão decididos.

 Talvez  uma  evidência  do  novo  Grande  Colisor  de  Hádrons  revele  uma  janela,  outrora  escondida,  para  essa  nova  física.

Então,  após  um  século  de  progresso  sem  precedentes  em  nossa  compreensão  da  natureza,  estamos  aptos  a  avaliar  o  Universo  em  escalas  antes  inimagináveis.

Compreendemos a natureza da expansão do Big Bang desde seus primeiros microssegundos e descobrimos a existência de centenas de bilhões de novas galáxias, com centenas de bilhões de novas estrelas.

Descobrimos que 99% do Universo são, na verdade, invisíveis, dominados pela matéria escura, provavelmente uma nova forma de partícula elementar, e pela energia escura, cuja origem continua a ser um mistério completo.

E,  depois  de  tudo  isso,  pode  ser  que  a  física  se  torne  uma  “ciência  ambiental”.

As constantes fundamentais da natureza, suspeitas há tanto tempo de terem importância especial, podem ser apenas acidentes ambientais.

Se nós, cientistas, tendemos a levar a nós mesmos e a nossa ciência a sério demais, talvez também estejamos levando o Universo a sério demais.

Talvez, tanto literal quanto metaforicamente, estejamos fazendo muito barulho por nada.

Pelo menos talvez estejamos fazendo muito barulho pelo nada que domina o Universo.

Talvez ele seja como uma lágrima enterrada em um vasto oceano multiverso de possibilidades.

Talvez nunca encontremos uma teoria que descreva por que ele tem que ser como é.

Ou  talvez  encontremos.

Esse  é  o  quadro  mais  preciso  da  realidade  como  hoje  a  entendemos.

É baseado no trabalho de dezenas de milhares de mentes dedicadas ao longo dos últimos cem anos, construindo as máquinas mais complexas e desenvolvendo as ideias mais belas e complexas com que a humanidade já teve de lidar.

É um quadro cuja criação enfatiza o melhor sobre o que significa ser humano — a habilidade de imaginar as vastas possibilidades de existência e a aventura de explorá-las com bravura, sem passar a bola para uma força criativa vaga ou um criador, por definição, para sempre impenetrável.

Devemos a nós mesmos tirar conhecimento dessa experiência.

Não fazê-lo seria um desserviço a todos os indivíduos brilhantes e corajosos que nos ajudaram a alcançar nosso nível atual.

Se  desejamos  tirar  conclusões  filosóficas  a  respeito  de  nossa  existência,  nosso  significado  e  o  significado  do  Universo,  as  conclusões  devem  ser  baseadas  em  conhecimento  empírico.

Ter uma mente realmente aberta significa forçar nossa imaginação a se conformar com a evidência da realidade, e não o contrário, quer gostemos, quer não das consequências.

 NADA  É  ALGUMA  COISA    Não  me  importo  de  não  saber.

Isso não me assusta.

Richard  Feynman    ISAAC  NEWTON,  TALVEZ  O  MAIOR  físico  de  todos  os  tempos,  mudou  profundamente  e  de  diversas  maneiras  o  modo  como  pensamos  no  Universo.

Mas talvez sua contribuição mais importante tenha sido demonstrar a possibilidade de que o Universo é explicável.

Com sua lei da gravitação universal, Newton demonstrou pela primeira vez que até mesmo os céus podem se dobrar ao poder das leis naturais.

Um Universo estranho, hostil, ameaçador e aparentemente caprichoso pode não ser nada desse tipo.

Se  leis  imutáveis  governassem  o  Universo,  os  deuses  míticos  das  antigas  Grécia  e  Roma  teriam  sido  impotentes.

Não teria havido liberdade que dobrasse o mundo de maneira tão arbitrária para criar problemas espinhosos para a humanidade.

O que se aplicava para Zeus também se aplicaria para o Deus de Israel.

Como o céu poderia ficar imóvel ao meio-dia se não seguisse sua órbita em torno da Terra, e seu movimento fosse causado na verdade pela revolução da Terra, que, se parasse de repente, produziria forças que destruiriam todas as estruturas humanas, e todos os humanos com elas? É claro que atos sobrenaturais são o que constituem os milagres.

Eles são, afinal de contas, exatamente essas coisas que burlam as leis da natureza.

Um Deus que pode criar as leis da natureza também pode burlá-las.

Mas o motivo pelo qual elas teriam sido dobradas com tamanha liberdade há milhares de anos, antes que a invenção de instrumentos de comunicação modernos pudessem tê-las gravado, ainda é algo em que se pensar.

 De  qualquer  forma,  mesmo  em  um  Universo  sem  milagres,  quando  se  enfrenta  uma  ordem  subjacente  profundamente  simples,  podem-se  tirar  duas  conclusões.

Uma delas, elaborada pelo próprio Newton e defendida anteriormente por Galileu e outros cientistas no decorrer dos anos, era a de que tal ordem foi criada por uma inteligência divina, responsável não apenas pelo Universo, mas por nossa própria existência, e que nós, seres humanos, fomos criados à sua semelhança (e aparentemente outros seres belos e complexos não foram!).

A outra conclusão é que as próprias leis são tudo o que existe.

Elas exigem que o Universo venha a existir, a desenvolver-se e a evoluir, e que nós somos seu subproduto irrevogável.

As leis podem ser eternas ou ter vindo a existir, de novo, por alguma causa ainda desconhecida, mas puramente física.

Filósofos,  teólogos  e,  às  vezes,  cientistas  continuam  a  debater  essas  possibilidades.

Não sabemos com certeza qual deles descreve o Universo, e talvez nunca saibamos.

Mas a questão é que, como enfatizei no início do livro, o árbitro final não virá da esperança, do desejo, da revelação ou do pensamento puro.

Virá, se vier, da exploração da natureza.

Sonho ou pesadelo, como Jacob Bronowski afirma na citação de abertura do livro — e o sonho de um pode facilmente ser o pesadelo de outro —, temos de viver nossa experiência como ela é e com os olhos abertos.

O Universo é como é, quer gostemos, quer não.

E  aqui,  acho  extremamente  significativo  um  Universo  que  veio  do  nada  —  em  um  sentido  que  descreverei  em  detalhes  —,  que  surge  naturalmente  e,  mesmo  inevitavelmente,  é  cada  vez  mais  consistente  com  tudo  que  temos  aprendido  sobre    o  mundo.

Esse aprendizado não veio de meditações filosóficas ou teológicas sobre a moralidade, ou de outras especulações sobre a condição humana.

É, ao contrário, baseado nos desenvolvimentos impressionantes e animadores da cosmologia empírica e da física de partículas.

Retorno, então, à pergunta do início deste livro: “Por que existe algo em vez de nada?” Estamos agora em uma posição mais confortável para abordá-la, tendo revisado o quadro científico moderno do Universo, sua história e seu possível futuro, assim como descrições operacionais do que o “nada” pode realmente compreender.

Conforme também mencionei no início do livro, essa questão também tem sido abordada pela ciência, como todas as outras questões filosóficas do tipo.

Longe de fornecer um quadro que exija a existência de um criador, o próprio significado das palavras envolvidas mudou tanto que a sentença perdeu muito de seu sentido original — algo que, novamente, não é incomum, conforme o conhecimento empírico lança uma nova luz a cantos outrora obscuros de nossa imaginação.

Ao  mesmo  tempo,  na  ciência  temos  de  ser  cuidadosos  com  perguntas  do  estilo  “por  que”.

Quando perguntamos “por que”, geralmente queremos dizer “como”.

Se conseguimos responder à última, é o suficiente para nossos propósitos.

Por exemplo: “Por que a Terra está a 150 milhões de quilômetros do Sol?” Ou seja, estamos interessados em saber quais processos físicos levaram a Terra a ocupar sua posição atual.

“Por que” implicitamente sugere propósito, e, quando tentamos entender o sistema solar em termos científicos, geralmente não atribuímos propósito a ele.

Então,  vou  adaptar  a  pergunta  para  “como  existe  algo  em  vez  de  nada?”.

Perguntas de “como” são, na verdade, as únicas para as quais podemos fornecer respostas definitivas estudando a natureza, mas, como a frase soa muito estranha aos ouvidos, espero que você me perdoe se eu cair na armadilha de parecer discutir a formulação mais comum quando na verdade estou tentando responder à questão mais específica do “como”.

Mesmo  aqui,  da  perspectiva  da  compreensão  verdadeira,  essa  questão  do  “como”  em  especial  tem  sido  suplantada  por  uma  série  de  questões  operacionalmente  mais  fecundas,  por  exemplo:  “O  que  pode  ter  produzido  as  propriedades  do  Universo  que  o  caracterizam  mais  notavelmente  no  presente  momento?”,  ou,  talvez  mais  importante:  “Como  podemos  descobrir?”    Aqui  quero  mais  uma  vez  chutar  o  que  eu  gostaria  que  fosse  um  cachorro  morto.

Propor questões dessa forma permite a produção de novos conhecimentos e de uma nova compreensão.

É o que as diferencia de questões puramente teológicas, que produzem as respostas de antemão.

De fato, desafiei diversos teólogos a fornecer evidências que contradigam a premissa de que a teologia não fez nenhuma contribuição para o conhecimento nos últimos quinhentos anos, no mínimo, desde o alvorecer da ciência.

Até hoje ninguém apresentou um contraexemplo.

O máximo que já obtive em resposta foi a pergunta: “O que você quer dizer com conhecimento?” De uma perspectiva epistemológica, essa pode ser uma questão espinhosa, mas acho que, se existisse uma alternativa melhor, alguém já a teria apresentado.

Se eu tivesse lançado o mesmo desafio a biólogos, psicólogos, historiadores ou astrônomos, nenhum deles teria ficado tão desconcertado.

As  respostas  envolvem  previsões  teóricas  que  podem  ser  testadas  por  meio  de     experimentos  para  impulsionar  nosso  conhecimento  operacional  do  Universo.

Em parte por esse motivo, concentrei-me nessas questões fecundas até esse ponto do livro.

Ainda assim, a questão do “algo que veio do nada” continua tendo popularidade e, por isso, precisa ser confrontada.

O  trabalho  de  Newton  reduziu  dramaticamente  o  possível  domínio  das  ações  de  Deus,  queira  você  ou  não  atribuir  qualquer  racionalidade  inerente  ao  Universo.

As leis de Newton não só restringiram severamente a liberdade de ação de uma divindade, como também dispensaram diversas exigências pela intervenção sobrenatural.

Newton descobriu que o movimento dos planetas ao redor do Sol não exige que eles sejam empurrados ao longo de suas órbitas, mas, em vez disso, e de forma não intuitiva, exige que sejam empurrados por uma força que age em direção ao Sol, dispensando a necessidade de anjos que serviam de guias para os planetas em seus caminhos.

Embora o fato de dispensá-los desse trabalho tenha tido pouco impacto na crença das pessoas neles (pesquisas sugerem que muito mais pessoas acreditam em anjos nos Estados Unidos do que na evolução), o progresso da ciência desde Newton tem restringido ainda mais a manifestação da mão divina em sua implicada obra.

A  evolução  do  Universo  até  os  primeiros  momentos  do  Big  Bang  pode  ser  descrita  apenas  com  as  já  conhecidas  leis  da  física,  assim  como  o  futuro  do  Universo.

É claro que ainda há enigmas a serem desvendados, mas vou supor que os leitores deste livro não façam uso de uma interpretação do Deus das Lacunas, em que Deus é invocado sempre que se depararem com algo intrigante ou sem explicação.

Até os teólogos reconhecem que esse recurso não apenas diminui a grandeza da entidade suprema, mas também faz com que esse ser seja ignorado ou marginalizado sempre que trabalhos mais aprofundados explicam ou desvendam o enigma.

Nesse  sentido,  a  discussão  do  “algo  que  veio  do  nada”  realmente  tenta  se  concentrar  no  ato  original  da  criação  e  questiona  se  a  ciência  pode  ser  algum  dia  totalmente  satisfatória  em  sua  abordagem.

Acontece  que,  dada  nossa  compreensão  atual  da  natureza,  há  três  significados  diferentes  para  a  questão  do  “algo  que  veio  do  nada”.

A primeira resposta é “muito provavelmente sim”, e devo discutir uma por uma no restante do livro, à medida que tento explicar por quê, ou, melhor ainda, como.

 A  navalha  de  Occam  sugere  que,  se  um  acontecimento  é  fisicamente  plausível,  não  precisamos  recorrer  a  afirmações  mais  extraordinárias  acerca  de  sua  existência.

É claro que a exigência de uma divindade todo-poderosa que de alguma forma exista fora do Universo, ou multiverso, enquanto ao mesmo tempo governa o que acontece dentro dele é uma dessas afirmações.

No entanto, deveria ser uma afirmação de último recurso.

Já  argumentei  no  prólogo  que  simplesmente  definir  o  “nada”  como  “não  ser”  não  é  suficiente  para  sugerir  que  a  física  —  e  mais  amplamente  a  ciência  —  não  é  adequada  para  abordar  a  questão.

Deixe-me fornecer um argumento complementar mais específico.

Considere um par pósitron-elétron que espontaneamente sai do espaço vazio perto do núcleo de um átomo e afeta a propriedade deste durante o curto tempo em que o par existe.

Em que sentido o elétron ou o pósitron existia antes? Certamente, segundo qualquer definição sensível, não existia.

Havia potencial para a existência, mas isso não define a existência — é como definir a existência de um ser humano pelo fato de eu ter esperma perto de uma mulher que está ovulando, e nós podermos acasalar.

Na verdade, a melhor resposta que já ouvi para a pergunta de como seria estar morto (ou seja, não existir) é imaginar como era existir antes de ter sido concebido.

De qualquer forma, se o potencial para existir fosse o mesmo que existir, tenho certeza de que a masturbação seria uma questão legal tão polêmica quanto o aborto.

O  Projeto  Origens,  dirigido  por  mim  e  desenvolvido  na  Universidade  do  Arizona,  realizou  recentemente  um  workshop  sobre  a  origem  da  vida,  e  não  consigo  não  ver    o  debate  cosmológico  atual  segundo  esse  contexto.

Não temos plena compreensão de como a vida se originou na Terra.

No entanto, temos mecanismos químicos plausíveis para concebê-la, além de estarmos avançando na direção do surgimento natural de biomoléculas, incluindo o RNA.

Mais do que isso, a evolução darwiniana, baseada na seleção natural, fornece uma imagem precisa e convincente de como a vida complexa surgiu seguindo a química específica que produziu as primeiras células fielmente autorreplicantes com um metabolismo que capturava energia do ambiente.

(É a melhor definição de vida a que posso chegar neste momento.

) Assim como Darwin, embora não sem relutância, eliminou a necessidade da intervenção divina na evolução do mundo moderno, explicando a vida diversificada em todo o planeta (embora tenha deixado a porta aberta para a possibilidade de que Deus tenha ajudado a soprar a vida nas primeiras formas), nossa compreensão atual do Universo, seu passado e seu futuro, faz com que seja mais plausível a explicação de que “algo” possa ter surgido do nada sem a necessidade de qualquer orientação divina.

Devido às dificuldades teóricas associadas a decifrar os detalhes, imagino que nunca possamos ser capazes de alcançar mais que plausibilidade a esse respeito.

Mas a própria plausibilidade é um enorme passo à frente conforme continuamos a reunir coragem para viver vidas significativas em um Universo que provavelmente veio a existir — e pode vir a deixar de existir — sem propósito e certamente sem os seres humanos no centro.

Voltemos  agora  para  uma  das  características  mais  impressionantes  do  Universo:  ele  está  tão  próximo  de  ser  plano  quanto  podemos  medir.

Gostaria de lembrar-lhe da faceta única de um Universo plano, pelo menos em escalas em que é dominado pela matéria na forma de galáxias e em que uma aproximação newtoniana permanece válida: em um Universo plano, a energia gravitacional newtoniana média de todo objeto que participa da expansão é precisamente zero.

Enfatizo  que  esse  é  um  postulado  falsificável.

Não precisava ser assim.

Nada exigia isso, a não ser especulações teóricas baseadas em considerações de um Universo que poderia ter surgido naturalmente do nada, ou, no mínimo, de quase nada.

É  importante  levar  em  consideração  que,  uma  vez  que  a  gravitação  é  incluída  em  nossas  especulações  sobre  a  natureza,  não  há  mais  liberdade  para  definir  arbitrariamente  a  energia  total  de  um  sistema,  nem  o  fato  de  que  há  tanto  contribuições  positivas  quanto  negativas  para  essa  energia.

A determinação da energia gravitacional total de objetos carregados pela expansão do Universo não é sujeita a uma definição arbitrária, não mais que a curvatura geométrica do Universo é questão de definição.

É propriedade do próprio espaço, de acordo com a relatividade geral, e essa propriedade é determinada pela energia contida nele.

Digo  isso  porque  já  se  argumentou  que  a  afirmação  de  que  a  energia  gravitacional  newtoniana  total  média  de  cada  galáxia  em  um  Universo  plano  e  em  expansão  é  zero  é  arbitrária  e  que  qualquer  outro  valor  seria  da  mesma  forma  satisfatório,  mas  que  cientistas  “definem”  o  zero  para  argumentar  contra  Deus.

Assim afirmou Dinesh D’Souza em seus debates com Christopher Hitchens sobre a existência de Deus.

Nada  poderia  estar  mais  longe  da  verdade.

O esforço em delimitar a curvatura do Universo foi um empreendimento realizado por mais de meio século por cientistas que devotaram suas vidas a determinar a natureza real do Universo, e não a impor seus desejos sobre ele.

Mesmo muito depois dos primeiros argumentos teóricos quanto ao motivo pelo qual ele deveria ser plano, meus colegas observadores, durante os anos 1980 e 1990, continuaram inclinados a provar o contrário.

Pois, afinal de contas, o maior impacto (e frequentemente as maiores manchetes) na ciência é atingido ao não seguir o rebanho, mas resistindo a ele.

Ainda  assim,  os  dados  têm  se  mostrado  definitivos,  e  já  chegamos  à  última  palavra.

Nosso Universo observável está tão próximo de ser plano quanto podemos medir.

A energia gravitacional newtoniana de galáxias que se movem com a expansão Hubble é zero — goste ou não.

Gostaria  de  descrever  como,  se  o  Universo  surgiu  do  nada,  um  Universo  plano,  com  energia  gravitacional  newtoniana  total  igual  a  zero  para  cada  objeto,  é  exatamente  o  que  achamos.

O argumento é um pouco sutil — mais sutil do que minhas explicações menos técnicas sobre o assunto —, então estou feliz por ter a oportunidade de ser mais claro.

Primeiro,  quero  esclarecer  o  tipo  de  “nada”  a  que  estou  me  referindo  no  momento.

A versão mais simples do nada é o chamado espaço vazio.

Por enquanto, suponhamos que o espaço exista, com absolutamente nada dentro dele, assim como as leis da física.

Mais uma vez, entendo que essa proposta não sirva nas redenominações do nada feitas por quem nunca quer que uma definição científica seja prática.

No entanto, suspeito que, no tempo de Platão e são Tomás de Aquino, quando se pensava em haver algo em vez de nada, o espaço vazio com nada dentro era provavelmente uma boa aproximação na época.

Como  vimos  no  capítulo  6,  Alan  Guth  explicou  com  precisão  como  podemos  obter  algo  desse  tipo  de  nada:  o  chamado  “derradeiro  almoço  grátis”.

O espaço vazio pode ter uma energia diferente de zero associada a ele, mesmo na ausência de matéria ou radiação.

A relatividade geral prova que o espaço se expandirá de forma exponencial, mesmo que as menores regiões em tempos remotos possam englobar rapidamente um tamanho maior o suficiente para conter o Universo visível inteiro atualmente.

Como  também  descrevi  anteriormente,  durante  essa  expansão,  a  região  que  um  dia  englobará  o  Universo  ficará  cada  vez  mais  plana  mesmo  que  a  energia  contida  no  espaço  vazio  cresça  conforme  o  Universo.

Esse fenômeno acontece sem mágica ou intervenção divina.

É possível porque a “pressão” gravitacional associada à energia no espaço vazio é, na verdade, negativa.

A “pressão negativa” implica que, à medida que o Universo se expande, a expansão despeja energia dentro do espaço, e não o contrário.

 De  acordo  com  esse  quadro,  quando  a  inflação  termina,  a  energia  armazenada  no  espaço  vazio  é  transformada  em  energia  de  partículas  e  radiação  reais,  criando,  de  fato,  o  início  rastreável  da  atual  expansão  provocada  pelo  Big  Bang.

É um início rastreável porque a inflação, na verdade, apaga qualquer memória do estado do Universo antes mesmo de ele ter se iniciado.

Todas as complexidades e irregularidades nas grandes escalas iniciais (se o Universo inicial preexistente, ou metaverso, era grande, mesmo infinitamente grande) são suavizadas e/ou carregadas tão para longe de nosso horizonte atual que sempre observaremos um Universo quase uniforme após a ocorrência de uma expansão inflacionária considerável.

Digo  “quase  uniforme”  porque  também  descrevi  no  capítulo  6  como  a  mecânica  quântica  sempre  deixará  algumas  flutuações  residuais  e  de  pequena  densidade  congeladas  durante  a  inflação.

Isso acarreta a segunda implicação surpreendente da inflação: flutuações de pequena densidade no espaço vazio consequentes de regras de mecânica quântica mais tarde serão responsáveis por toda a estrutura observável no Universo hoje.

Então, nós, e tudo o que é visível, resultamos de flutuações quânticas naquilo que é essencialmente o nada próximo ao início dos tempos, ou seja, durante a expansão inflacionária.

Depois  que  a  poeira  baixar,  a  configuração  genérica  da  matéria  e  da  radiação  será  a  de  um  Universo  essencialmente  plano,  no  qual  a  energia  gravitacional  newtoniana  média  de  todos  os  objetos  parecerá  ser  zero.

Esse sempre será o caso, a não ser que se ajuste cuidadosamente a quantidade de inflação.

Então,  o  Universo  observável  pode  começar  como  uma  região  do  espaço  muito  pequena,  que  pode  ser  essencialmente  vazia  e  ainda  assim  crescer  a  escalas  enormes,  talvez  contendo  muita  matéria  e  radiação,  tudo  sem  gastar  uma  gota  de  energia,  pois  a  matéria  e  a  radiação  serão  suficientes  para  explicar  tudo  o  que  vemos.

O  ponto  mais  importante  neste  breve  resumo  da  dinâmica  inflacionária  é  que  algo  pode  surgir  do  espaço  vazio  exatamente  porque  a  energia  do  espaço  vazio,  na  presença  de  gravidade,  não  é  o  que  o  senso  comum  sugerira  antes  de  termos  descoberto  as  leis  subjacentes  da  natureza.

No  entanto,  ninguém  nunca  afirmou  que  o  Universo  é  guiado  por  aquilo  que  nós,  na  nossa  miopia  acerca  do  espaço  e  do  tempo,  pensávamos  ser  sensato.

Parece prudente imaginar que, a priori, a matéria não pode surgir do espaço vazio de forma espontânea.

Então algo, nesse sentido, também não pode surgir do nada.

Porém, quando acatamos a dinâmica da gravitação e a mecânica quântica, descobrimos que essa noção do senso comum não é verdadeira.

Essa é a beleza da ciência, e ela não deveria ser uma ameaça.

A ciência simplesmente nos força a revisar o que é sensato para acomodar o Universo, e não o contrário.

Para  resumir:  a  observação  de  que  o  Universo  é  plano  e  que  a  energia  gravitacional  newtoniana  local  é  essencialmente  zero  sugere  que  ele  surgiu  por  meio  de  um  processo  como  o  da  inflação,  segundo  o  qual  a  energia  do  espaço  vazio  (nada)  é  convertida  na  energia  de  algo,  em  uma  época  em  que  o  Universo  é  cada  vez  mais  impulsionado  a  ser  plano  em  todas  as  escalas  observacionais.

Embora  a  inflação  demonstre  como  o  espaço  vazio  dotado  de  energia  pode  mesmo  criar  tudo  o  que  vemos,  junto  com  um  Universo  incrivelmente  grande  e  plano,  seria  hipócrita  sugerir  que  esse  espaço  vazio  que  impulsiona  a  inflação  é,  na  verdade,  nada.

Com isso, devemos supor que o espaço existe e pode armazenar energia, e que usamos as leis da física, como a relatividade geral, para calcular as consequências.

Então, se pararmos por aqui, poderemos afirmar que a ciência moderna está muito longe de realmente obter uma maneira de conseguir algo a partir do nada.

Este é apenas o primeiro passo, no entanto.

À medida que expandimos nossa compreensão, veremos, na sequência, que a inflação pode representar meramente a ponta de um iceberg cósmico de nada.

 O  NADA  É  INSTÁVEL    Fiat  justitia  —  ruat  caelum.

(Faça-se  a  justiça,  mesmo  que  desabem  os  céus.

) Antigo provérbio romano A EXISTÊNCIA DE ENERGIA NO ESPAÇO VAZIO — a descoberta que abalou nosso Universo cósmico e a ideia que forma a base da inflação — apenas reforça algo sobre o mundo quântico que já estava bem-estabelecido no contexto dos tipos de experimentos de laboratório que também já descrevi antes.

O espaço vazio é complicado.

É uma mistura em ebulição de partículas virtuais que passam a existir e desaparecem em um período de tempo tão curto que não conseguimos distingui- las.

Partículas  virtuais  são  manifestações  de  uma  propriedade  básica  dos  sistemas  quânticos.

No cerne da mecânica quântica está uma regra que às vezes governa políticos e CEOs — se ninguém estiver olhando, vale tudo.

Os sistemas continuam a se mover, mesmo que apenas por alguns momentos, entre todos os estados possíveis, incluindo os que não seriam permitidos se o sistema estivesse sendo mesmo medido.

Essas “flutuações quânticas” implicam algo essencial sobre esse assunto: o nada é instável.

Nada sempre produz algo, mesmo que apenas por um instante.

É  aí  que  mora  o  problema.

A conservação de energia afirma que sistemas quânticos podem se comportar mal apenas por um tempo.

Como corretores fraudulentos, se o estado para o qual um sistema flutua exige furtar energia do espaço vazio, então o sistema deve devolver essa energia em um tempo curto o suficiente para que ninguém que meça o sistema possa detectá-la.

 Como  resultado,  pode-se  supor  que  esse  “algo”  produzido  por  flutuações  quânticas  é  efêmero  —  não  mensurável,  diferente,  digamos,  de  você,  de  mim  ou  do  planeta  em  que  vivemos.

Ao mesmo tempo, essa criação efêmera está sujeita às circunstâncias associadas às nossas medições.

Por exemplo, considere o campo elétrico que emana de um objeto carregado.

Ele é definitivamente real.

Você pode sentir a força eletrostática em seus cabelos ou ver um balão grudar na parede.

No entanto, a teoria quântica do eletromagnetismo sugere que o campo estático se deve à emissão, pelas partículas carregadas envolvidas na produção do campo, de fótons virtuais cuja energia total é essencialmente igual a zero.

Essas partículas virtuais, porque têm energia zero, podem se propagar pelo Universo sem desaparecer, e o campo gerado pela superposição de muitas delas é tão real que pode ser sentido.

Às  vezes  as  condições  são  tais  que  partículas  reais  e  massivas  podem  mesmo  surgir  do  espaço  vazio  impunemente.

Em um exemplo, dois pratos carregados são aproximados, e quando o campo elétrico fica bem forte entre eles torna-se eletricamente favorável para que um par partícula-antipartícula surja do vácuo, com a carga negativa indo em direção ao prato positivo e a positiva em direção ao negativo.

Assim, é possível que a redução da energia que surge da redução da carga líquida em cada um dos pratos — e, portanto, o campo elétrico entre eles — seja maior que a energia associada à massa restante das duas partículas.

É claro, a força do campo tem de ser enorme para que tal condição seja possível.

Na  verdade,  existe  um  lugar  onde  campos  fortes  de  um  tipo  diferente  podem  permitir  que  um  fenômeno  similar  ocorra  —  mas,  nesse  caso,  devido  à  gravitação.

Isso fez com que Stephen Hawking ficasse famoso em 1974, quando demonstrou ser possível que buracos negros — dos quais, na ausência de quaisquer considerações mecânicas quânticas, nada pode escapar — de fato irradiem partículas físicas.

Existem  muitas  maneiras  de  tentar  entender  esse  fenômeno,  mas  uma  em  particular  apresenta  enorme  semelhança  com  a  situação  dos  campos  elétricos  descrita  há  pouco.

Fora do núcleo dos buracos negros há um raio chamado “horizonte de eventos”.

Dentro dele, nenhum objeto pode sair normalmente, porque a velocidade de escape excede a velocidade da luz.

Assim, até mesmo a luz emitida dentro dessa região não conseguirá sair do horizonte de eventos.

Agora,  imagine  que  um  par  partícula-antipartícula  forme  um  núcleo  a  partir  do  espaço  vazio  perto  do  horizonte  de  eventos  por  meio  de  flutuações  quânticas  nessa  região.

É possível que, se uma das partículas cair dentro do horizonte de eventos, ela perca energia gravitacional suficiente ao cair no buraco negro para que sua energia exceda em duas vezes o restante da massa de qualquer partícula.

Ou seja, a partícula parceira pode cair em um poço sem fundo e se tornar observável sem qualquer violação da conservação de energia.

A energia positiva total associada à partícula de radiação é mais que compensada pela perda de energia vivenciada por sua partícula parceira ao cair no buraco negro.

O buraco negro pode então irradiar partículas.

A  situação  é  ainda  mais  interessante  porque  a  energia  perdida  pela  partícula  que  cai  é  maior  que  a  energia  positiva  associada  à  sua  massa  em  repouso.

Como resultado, quando ela cai, o sistema do buraco negro somado à partícula tem menos energia do que antes de a partícula cair! O buraco negro, então, na verdade fica mais leve após a partícula ter caído nele em uma quantidade equivalente à energia carregada pela partícula que escapa.

O buraco negro também pode irradiar- se por completo.

Quanto a isso, nós não sabemos, porque os estágios finais da evaporação dele envolvem a física em escalas de distância tão pequenas que a relatividade geral sozinha não consegue dar a resposta final.

Nessas escalas, a gravitação pode ser tratada como uma teoria da mecânica quântica, e a compreensão atual da relatividade geral não é suficiente para permitir que determinemos com precisão o que irá acontecer.

Ainda  assim,  todos  esses  fenômenos  implicam  que,  sob  as  condições  certas,  o  nada  não  só  pode  se  tornar  algo,  como  é  exigido  que  se  torne.

O  primeiro  exemplo  cosmológico  que  conheço  para  explicar  o  fato  de  que  o  “nada”  pode  ser  instável  e  formar  algo  vem  de  esforços  para  entender  por  que  vivemos  em  um  Universo  de  matéria.

Talvez  você  não  acorde  pensando  nisso,  mas  o  fato  de  o  Universo  conter  matéria  é  impressionante.

O mais impressionante é que, até onde podemos avaliar, o Universo não contém quantidades substanciais de antimatéria — cuja existência é exigida pela mecânica quântica e pela relatividade, já que, para cada partícula que conhecemos na natureza, pode existir uma antipartícula equivalente, com carga oposta e massa igual.

Qualquer Universo, em seu início, pode-se pensar, conteria quantidades iguais dos dois.

Afinal, as antipartículas de partículas normais têm a mesma massa e propriedades similares, então, se as partículas foram criadas em tempos remotos, seria igualmente fácil criar as antipartículas.

Como alternativa, poderíamos até mesmo imaginar um Universo de antimatéria no qual todas as partículas que formam as estrelas e as galáxias fossem substituídas pelas antipartículas correspondentes.

Tal Universo pareceria ser quase idêntico a este em que vivemos.

Observadores (eles próprios feitos de antimatéria) sem dúvida chamariam a nossa antimatéria de matéria.

O nome é arbitrário.

No  entanto,  se  o  Universo,  em  seu  início,  contivesse  quantidades  iguais  de  matéria  e  antimatéria,  e  se  essas  quantidades  tivessem  se  mantido,  não  estaríamos  aqui  para  perguntar  “por  que”  ou  “como”:  todas  as  partículas  da  matéria  teriam  acabado  com  todas  as  partículas  de  antimatéria,  deixando  nada  mais  que  radiação  pura.

Não teria sobrado nenhuma matéria ou antimatéria para formar as estrelas, ou as galáxias, ou para formar os amantes ou antiamantes que poderiam um dia sair e ficar excitados ao ver o espetáculo do céu noturno nos braços um do outro.

Nada de drama.

A história consistiria do vazio, um banho de radiação que esfriaria lentamente, levando a um Universo frio, escuro e oco.

O nada reinaria supremo.

Os  cientistas  começaram  a  entender,  nos  anos  1970,  no  entanto,  que  havia  a  possibilidade  de  o  início  se  dar  com  quantidades  iguais  de  matéria  e  antimatéria  em  um  Big  Bang  quente  e  denso,  e  que  processos  quânticos  plausíveis  poderiam  “criar  algo  a  partir  do  nada”  estabelecendo  uma  pequena  simetria,  com  um  pequeno  excesso  de  matéria  e  antimatéria  no  Universo  inicial.

Então, em vez da aniquilação total da matéria e da antimatéria, levando a nada além da radiação pura, toda a antimatéria disponível no Universo inicial poderia ter aniquilado a matéria, mas o pequeno excesso de matéria não teria quantidade comparável de antimatéria para aniquilá-la, sobrando e fazendo com que toda a matéria formasse as estrelas e as galáxias que vemos hoje.

Como  resultado,  o  que  poderia  do  contrário  parecer  uma  realização  ínfima  —  estabelecer  uma  pequena  simetria  no  início  dos  tempos  —  pode  ser  considerado  quase  o  momento  da  criação.

Porque, uma vez que uma assimetria entre matéria e antimatéria fosse criada, nada poderia depois acabar com ela.

A história futura de um Universo cheio de estrelas e galáxias foi essencialmente escrita.

Partículas de antimatéria aniquilariam as partículas de matéria no início do Universo, e o excesso de partículas de matéria sobreviveria até hoje, estabelecendo a essência do que conhecemos.

Mesmo  que  a  assimetria  fosse  de  uma  parte  em  1  bilhão,  ainda  haveria  matéria  restante  suficiente  para  corresponder  a  tudo  o  que  podemos  ver  no  Universo.

Na verdade, uma assimetria de uma parte em 1 bilhão, mais ou menos, é precisamente o necessário, já que hoje existem cerca de 1 bilhão de fótons no fundo cósmico de micro-ondas para cada próton do Universo.

Os fótons de RCFM são os remanescentes, nessa situação, das aniquilações matéria-antimatéria ocorridas perto do início dos tempos.

Falta uma descrição definitiva de como esse processo poderia ter acontecido, pois ainda não estabelecemos completa e empiricamente a natureza detalhada do mundo microscópico nas escalas em que provavelmente essa assimetria poderia ter sido gerada.

Ainda assim, diversos cenários plausíveis vêm sendo explorados com base nas melhores ideias a respeito dessa física.

Embora difiram nos detalhes, todas têm as mesmas características gerais.

Processos quânticos associados a partículas elementares no banho de calor primordial podem inexoravelmente levar um Universo vazio (ou um Universo a princípio simétrico matéria-antimatéria) quase imperceptivelmente em direção a um que será dominado pela matéria ou pela antimatéria.

Se  essas  hipóteses  estiverem  corretas,  foi,  então,  apenas  um  acidente  circunstancial  o  fato  de  ele  ter  sido  dominado  pela  matéria?  Imagine  estar  no  topo  de  uma  montanha  e  tropeçar.

A direção em que você vai cair não foi preordenada, mas, sendo um acidente, vai depender da direção para onde você estava olhando, ou de que ponto você tropeçou.

Talvez, de forma semelhante, o Universo seja assim, e mesmo que as leis da física sejam fixas, a direção definitiva da assimetria entre matéria e antimatéria foi impulsionada por uma condição inicial randômica (assim como, no caso de tropeçar e cair, a lei da gravitação é fixa e determina a sua queda, mas a direção pode ser um acidente).

Mais uma vez, nossa própria existência, nesse caso, pode ser um acidente ambiental.

Independentemente  dessa  incerteza,  no  entanto,  é  impressionante  que  uma  característica  das  leis  subjacentes  da  física  possa  permitir  que  processos  quânticos  distanciem  o  Universo  de  um  estado  inexpressivo.

O físico Frank Wilczek, um dos primeiros teóricos a explorar essas possibilidades, utilizou, no artigo que escreveu em 1980 para a revista Scientific American sobre a assimetria matéria-antimatéria do Universo, exatamente a mesma linguagem que usei antes neste capítulo.

Após descrever como uma assimetria matéria-antimatéria poderia ser gerada de forma plausível no início do Universo baseada em nosso novo entendimento da física de partículas, ele acrescentou uma nota dizendo que isso possibilitava pensar sobre a questão de existir algo em vez de nada: o nada é instável.

Frank  enfatizou  que  o  excesso  de  matéria  sobre  a  antimatéria  parecia,  em  um  primeiro  momento,  um  obstáculo  para  imaginar  um  Universo  originado  de  uma  instabilidade  no  espaço  vazio,  o  nada  produzindo  um  Big  Bang.

Mas, se essa assimetria pudesse surgir dinamicamente depois do Big Bang, essa barreira seria removida, como ele escreveu: Pode-se especular que o Universo teve início no estado mais simétrico possível e que em tal estado nenhuma matéria existia; o Universo era um vácuo.

Existia um segundo estado, e nele a matéria existia.

O segundo estado tinha um pouco menos de simetria, mas também tinha menos energia.

Em dado momento, um trecho de fase menos simétrica apareceu e cresceu rapidamente.

A energia liberada pela transição encontrou forma na criação de partículas.

Esse acontecimento poderia ser identificado com o Big Bang.

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A resposta à antiga pergunta “Por que existe algo em vez de nada?” seria que o “nada” é instável.

Antes  de  seguir  em  frente,  no  entanto,  preciso  lembrar  as  similaridades  entre  a  discussão  que  acabei  de  apresentar  a  respeito  de  uma  assimetria  matéria- antimatéria  e  as  discussões  do  recente  workshop  do  projeto  Origens,  que  explorou  a  compreensão  atual  da  natureza  da  vida  no  Universo  e  sua  origem.

Minhas palavras eram diferentes, mas as questões fundamentais são muito similares.

Que processos físicos específicos nos primeiros momentos da história da Terra poderiam ter levado à criação das primeiras biomoléculas e metabolismos replicáveis? Como nos anos 1970, a última década assistiu a um progresso incrível.

Descobrimos caminhos orgânicos naturais, por exemplo, que poderiam produzir, sob condições plausíveis, ácidos ribonucleicos, os quais há muito se pensava serem os precursores do mundo moderno baseado no DNA.

Até recentemente havia a sensação de que nenhum desses caminhos diretos era possível e que outras formas intermediárias deveriam ter um papel fundamental.

Atualmente,  poucos  bioquímicos  e  biólogos  moleculares  duvidam  que  a  vida  possa  ter  surgido  naturalmente  da  não  vida,  embora  os  detalhes  ainda  não  tenham  sido  descobertos.

Mas, depois de ter discutido sobre tudo isso, outra interpretação permeava as entrelinhas: a vida que se formou inicialmente na Terra teve de ter a química que tiveram, ou existem outras possibilidades igualmente viáveis? Einstein uma vez fez uma pergunta que, segundo ele, era a única coisa que realmente queria saber sobre a natureza.

Admito que é a pergunta mais profunda e fundamental cuja resposta muitos de nós gostaríamos de saber.

Ele a formulou da seguinte maneira: “O que eu quero saber é se Deus [sic] teve alguma escolha na criação do Universo.

” Comento isso porque o Deus de Einstein não era o Deus da Bíblia.

Para ele, a existência de ordem fornecia um sentimento de admiração tão profundo que sentia um apego espiritual para com o Universo, apego ao qual chamou, motivado por Espinosa, de “Deus”.

De qualquer forma, o que o físico realmente quis dizer com essa pergunta foi a questão que acabei de descrever em outros contextos: as leis da natureza são únicas? E o Universo que habitamos, resultante dessas leis, é único? Se trocássemos um aspecto, uma constante, uma força, ainda que pequena, o edifício inteiro desmoronaria? Em um sentido biológico, a vida é única? Somos únicos no Universo? Voltaremos a essa questão importantíssima mais adiante.

Embora  essa  discussão  faça  com  que  refinemos  e  generalizemos  noções  de  “nada”  e  “algo”,  quero  voltar  e  dar  um  passo  intermediário  na  defesa  da  criação  inevitável  do  algo.

Como  defini  até  aqui,  o  “nada”  relevante  a  partir  do  qual  nosso  algo  observável  surge  é  o  “espaço  vazio”.

No entanto, uma vez que permitimos a fusão da mecânica quântica e da relatividade geral, podemos estender essa discussão ao caso em que o próprio espaço é forçado a existir.

A  relatividade  geral  como  teoria  da  gravitação  é,  em  sua  essência,  uma  teoria  de  espaço  e  tempo.

Como descrevi na primeira página do livro, isso significa que foi a primeira teoria que pôde abordar não apenas a dinâmica dos objetos em movimento pelo espaço, mas também a maneira como o próprio espaço se expande.

Ter  uma  teoria  quântica  da  gravitação  significaria,  então,  que  as  regras  da  mecânica  quântica  se  aplicariam  às  propriedades  do  espaço,  e  não  apenas  às  propriedades  dos  objetos  existentes  no  espaço,  como  se  costuma  pensar.

Estender  a  mecânica  quântica  para  incluir  essa  possibilidade  é  perigoso,  mas  o  formalismo  que  Richard  Feynman  desenvolveu,  que  levou  à  compreensão  moderna  da  origem  de  antipartículas,  é  adequada  para  a  tarefa.

Os métodos de Feynman se concentram no fato-chave ao qual aludi no início deste capítulo: sistemas de mecânica quântica exploram todas as trajetórias possíveis, até mesmo as classicamente proibidas, uma vez que se expandem no tempo.

A  fim  de  explorar  melhor  isso,  Feynman  desenvolveu  um  “formalismo  da  soma  sobre  os  caminhos”  para  fazer  previsões.

Nesse método, consideramos todas as trajetórias possíveis que uma partícula pode percorrer entre dois pontos.

Então atribuímos uma probabilidade para cada uma, baseada em princípios bem-definidos da mecânica quântica.

Em seguida juntamos todos os caminhos para determinar as (prováveis) previsões finais para o movimento de partículas.

Stephen  Hawking  foi  um  dos  primeiros  cientistas  a  atribuir  plenamente  essa  ideia  à  mecânica  quântica  possível  do  espaço-tempo  (a  união  do  espaço  tridimensional  e  uma  dimensão  do  tempo  para  formar  um  sistema  espaço-tempo  quadridimensional  unificado,  conforme  exigido  pela  teoria  da  Relatividade  Especial  de  Einstein).

O mérito dos métodos de Feynman era que se concentrar em todos os caminhos possíveis acabava significando que os resultados poderiam ser apresentados para serem independentes dos rótulos de espaço e tempo específicos que se aplicam em cada ponto e em cada caminho.

Como a relatividade afirma que observadores diferentes em movimento relativo medirão distância e tempo de forma diferente e, assim, atribuirão valores diferentes para cada ponto no espaço e no tempo, ter um formalismo independente dos rótulos diferentes que observadores diferentes podem atribuir a cada ponto no espaço e no tempo é especialmente útil.

E  sua  utilidade  talvez  seja  ainda  maior  em  considerações  sobre  a  relatividade  geral,  em  que  a  rotulagem  de  pontos  no  espaço  e  no  tempo  se  torna  completamente  arbitrária  —  observadores  diferentes  em  pontos  diferentes  de  um  campo  gravitacional  chegaram  até  a  medir  distâncias  e  tempos  de  modos  diferentes  —,  e  tudo  o  que  finalmente  determina  o  comportamento  de  sistemas  sejam  quantidades  geométricas,  como  a  curvatura,  que  descobriu-se  ser  independente  de  todos  esses  esquemas.

Como  já  mencionado,  a  relatividade  geral  não  entra  completamente  em  acordo  com  a  mecânica  quântica,  pelo  menos  até  onde  podemos  afirmar,  e,  assim,  não  há  nenhum  método  plenamente  inequívoco  de  definir  a  técnica  da  soma  sobre  os  caminhos  de  Feynman  na  relatividade  geral.

Então, temos que fazer algumas suposições a priori baseadas na plausibilidade e checar para ver se os resultados fazem sentido.

Se  consideramos  a  dinâmica  quântica  do  espaço  e  do  tempo,  devemos  imaginar  que,  nas  “somas”  de  Feynman,  deve-se  ter  em  conta  cada  configuração  distinta  possível  que  possa  descrever  as  diferentes  geometrias  possíveis  que  o  espaço  pode  adotar  durante  os  estágios  intermediários  de  qualquer  processo,  quando  a  indeterminação  quântica  reina  suprema.

Isso significa que devemos considerar espaços arbitrariamente curvos no decorrer de distâncias curtas e períodos curtos (tão curtos que não podemos medi-los para que a esquisitice quântica possa reinar livre).

Essas configurações estranhas não seriam, então, observadas por grandes observadores clássicos como nós quando tentamos medir as propriedades do espaço no decorrer de distâncias e tempos longos.

Mas  consideremos  possibilidades  ainda  mais  estranhas.

Na teoria quântica do eletromagnetismo, as partículas podem surgir e sumir do espaço vazio à vontade, desde que sumam novamente em um período de tempo determinado pelo Princípio da Incerteza.

Por analogia, então, na soma quântica de Feynman sobre configurações possíveis de espaço-tempo, deveria ser considerada a possibilidade de espaços pequenos possivelmente compactos que surgem e desaparecem? De modo mais geral: e quanto a espaços que podem ter “buracos” ou “alças” como rosquinhas embebidas no espaço-tempo? Essas questões estão em aberto.

No entanto, a menos que se possa pensar em uma boa razão para excluir tais configurações da soma da mecânica quântica que determina as propriedades do Universo em expansão — atualmente, que eu saiba, não existem boas razões —, então, sob o princípio geral que engloba tudo o que conheço na natureza — a saber, tudo o que não é proibido pelas leis da física —, parece razoável considerar essas possibilidades.

Como  Stephen  Hawking  enfatizou,  uma  teoria  quântica  da  gravitação  permite  a  criação,  talvez  momentânea,  do  próprio  espaço  onde  nada  existia  antes.

Embora, em seu trabalho científico, ele não estivesse tentando desvendar o enigma do “algo que surgiu do nada”, isso é o que a gravitação quântica pode finalmente abordar.

Universos  “virtuais”  —  ou  seja,  os  pequenos  espaços  compactos  possíveis  que  podem  surgir  e  desaparecer  em  uma  escala  de  tempo  tão  curta  que  não  podemos  medi-los  diretamente  —  são  construções  teóricas  fascinantes,  mas  não  parecem  explicar  como  algo  pode  surgir  do  nada,  não  mais  que  as  partículas  virtuais  que  povoam  o  espaço  antes  vazio.

No  entanto,  um  campo  elétrico  real  diferente  de  zero,  observável  a  grandes  distâncias  da  partícula  carregada,  pode  resultar  da  emissão  coerente  de  muitos  fótons  virtuais  de  energia  igual  a  zero  pela  carga.

Isso se deve ao fato de que fótons virtuais que carregam energia zero não violam a conservação de energia quando emitidos.

O Princípio da Incerteza de Heisenberg, então, não os obriga a existir apenas durante curtos espaços de tempo antes que sejam reabsorvidos e desapareçam novamente no nada.

(Mais uma vez, o Princípio da Incerteza de Heisenberg afirma que a incerteza com a qual medimos a energia de uma partícula, e, portanto, a possibilidade de essa energia mudar levemente com a emissão e a absorção de partículas virtuais, é inversamente proporcional à duração do tempo durante o qual a observamos.

Assim, partículas virtuais que carregam energia zero podem fazê-lo com impunidade — ou seja, podem existir durante tempos arbitrariamente longos e viajar distâncias arbitrariamente longas antes de serem absorvidas, levando à existência possível de interações de longo alcance entre partículas carregadas.

Se o fóton não tivesse massa zero, de modo que fótons sempre carregassem energia diferente de zero devido a uma massa de repouso, o Princípio da Incerteza de Heisenberg implicaria que o campo elétrico seria de curto alcance porque os fótons poderiam se propagar apenas por intervalos curtos sem serem reabsorvidos.

 Um  argumento  similar  sugere  um  tipo  específico  de  Universo  que  pode  aparecer  espontaneamente  e  não  precisa  desaparecer  por  causa  das  restrições  do  Princípio  da  Incerteza  e  da  conservação  de  energia.

Ou seja, um Universo compacto com energia total igual a zero.

Agora,  preciso  sugerir  que  esse  é  exatamente  o  Universo  em  que  vivemos.

Parece ser a saída mais conveniente, mas estou mais interessado, aqui, em ser verdadeiro com nossa compreensão atual do que em montar um caso aparentemente fácil e convincente para a criação a partir do nada.

Argumentei,  espero  que  de  modo  convincente,  que  a  energia  gravitacional  newtoniana  média  de  cada  objeto  no  Universo  plano  é  igual  a  zero.

E é.

Mas essa não é a história completa.

A energia gravitacional não é a energia total de qualquer objeto.

A ela devemos adicionar a energia de repouso, associada à massa de repouso.

Em outras palavras, como já descrevi, a energia gravitacional de um objeto em repouso, isolado de todos os outros objetos por uma distância infinita, é zero, pois se está em repouso, não tem energia cinética de movimento e, se está definitivamente longe de todas as outras partículas, a força gravitacional nele através das outras partículas, que poderiam fornecer energia potencial para realizar trabalho, também é essencialmente zero.

No entanto, como Einstein provou, sua energia total não se deve meramente à gravitação, mas também inclui a energia associada à sua massa, ou, como é bem conhecido, E = mc2.

Para  levar  essa  energia  de  repouso  em  conta,  temos  de  partir  da  gravitação  newtoniana  para  a  relatividade  geral,  que,  por  definição,  incorpora  os  efeitos  da  relatividade  especial  (e  E  =  mc2)  a  uma  teoria  da  gravitação.

E aqui as coisas ficam mais sutis e mais confusas.
Em escalas pequenas comparadas à curvatura possível de um Universo — e contanto que todos os objetos dessas escalas estejam em movimento lento se comparados à velocidade da luz —, a versão relativista geral da energia reverte para a definição de Newton.

No entanto, uma vez que essas condições não valem mais, a coisa muda de figura, ou quase.

Parte  do  problema  se  deve  ao  fato  de  que  a  energia  que  consideramos  em  outros  campos  da  física  não  é  um  conceito  bem  definido  em  largas  escalas  em  um  Universo  curvo.

Maneiras diferentes de definir sistemas coordenados para descrever os diferentes rótulos que diferentes observadores podem atribuir a pontos no espaço e no tempo (chamados de “quadros de referência”) podem levar, em largas escalas, a diferentes determinações da energia total do sistema.

Para acomodar esse efeito devemos generalizar o conceito de energia, e, mais que isso, se quisermos definir a energia total contida em qualquer Universo, precisamos pensar em como somar a energia em Universos que podem ser infinitos em extensão espacial.

Há  muita  discussão  quanto  a  como  fazer  isso  com  precisão.

A literatura científica está repleta de alegações e contra-alegações a esse respeito.

Uma  coisa  é  certa,  no  entanto:  existe  um  Universo  no  qual  a  energia  total  é  definitiva  e  precisamente  zero.

Não é um Universo plano, que, em princípio, é infinito em extensão espacial, e, assim, o cálculo da energia total se torna problemático.

É um Universo fechado, no qual a densidade da matéria e da energia é suficiente para fazer com que o espaço se feche em si.

Como descrevi, em um Universo fechado, se você olhar longe o bastante em uma direção, uma hora conseguirá ver sua nuca.

O  motivo  de  a  energia  de  um  Universo  fechado  ser  zero  é  na  verdade  muito  simples.

É mais fácil considerar o resultado analogamente ao fato de que, em um Universo fechado, a carga elétrica total também deve ser zero.

Desde  os  tempos  de  Michael  Faraday,  pensamos  a  carga  elétrica  como  sendo  a  fonte  de  um  campo  elétrico  (na  linguagem  quântica  moderna,  devido  à  emissão  dos  fótons  virtuais  que  descrevi  antes).

Para ilustrar, vamos imaginar “linhas de campo” emitidas radialmente pela carga, com o número de linhas de campo proporcional à carga e com a direção para fora no caso de cargas positivas e para dentro no caso de cargas negativas, conforme demonstrado a seguir: Imaginamos essas linhas de campo indo em direção ao infinito e, à medida que se espalham, vão se distanciando umas das outras.

Ou seja, a força do campo elétrico fica cada vez mais fraca.

No entanto, em um Universo fechado, as linhas de campo associadas a uma carga positiva, por exemplo, podem começar a se distanciar, mas, no fim, como as linhas de longitude em um mapa da Terra se juntam nos polos Norte e Sul, as linhas de campo de uma carga positiva se juntarão novamente no ponto mais distante do Universo.

Quando convergirem, o campo ficará mais forte novamente, até haver energia suficiente para criar uma carga negativa que possa “comer” as linhas de campo nesse ponto antípoda do Universo.

Acontece  que  um  argumento  muito  similar,  nesse  caso  associado  não  ao  “fluxo”  de  linhas  de  campo,  mas  ao  “fluxo”  de  energia  em  um  Universo  fechado,  comprova  que  a  energia  positiva  total,  incluindo  a  associada  às  massas  de  repouso  das  partículas,  deve  ser  compensada  com  exatidão  pela  energia  gravitacional  negativa,  para  que  a  energia  total  seja  exatamente  zero.

Portanto,  se  a  energia  total  de  um  Universo  fechado  é  zero  e  o  formalismo  da  soma  sobre  os  caminhos  da  gravitação  quântica  é  apropriado,  então,  para  a  mecânica  quântica,  esses  Universos  poderiam  aparecer  de  forma  espontânea  e  impune,  sem  carregar  qualquer  energia  de  rede.

Esses Universos seriam espaços- tempos totalmente autocontidos, sem conexão com o nosso.

Há  um  problema,  no  entanto.

Um Universo fechado em expansão cheio de matéria em geral se expandirá para um tamanho máximo, em seguida entrará em colapso na mesma velocidade, culminando em uma singularidade do espaço-tempo em que a terra de ninguém da gravitação quântica atualmente não poderá determinar seu destino derradeiro.

A vida útil característica de Universos fechados pequenos será, então, microscópica, talvez da ordem do “tempo de Planck”, a escala característica na qual processos gravitacionais quânticos deveriam operar por cerca de 10-44 segundos.

Contudo,  existe  uma  resolução  para  esse  dilema.

Se antes de esse Universo entrar em colapso as configurações dos campos dele produzirem um período de inflação, então mesmo um Universo inicialmente fechado e pequeno poderá se expandir de forma exponencial, ficando cada vez mais próximo de um grande Universo plano durante esse período.

Depois de cem ou mais tempos de duplicação de tal inflação, o Universo estará tão próximo de ser plano que poderá facilmente durar mais tempo que o nosso tem durado sem entrar em colapso.

Existe  ainda  outra  possibilidade;  uma  possibilidade  que  sempre  me  dá  uma  ligeira  pontada  de  nostalgia  (e  inveja),  porque  representou  uma  experiência  de  aprendizagem  importante  para  mim.

Quando eu era pós-doutorando em Harvard, estava brincando com a mecânica quântica possível de campos gravitacionais e descobri a resolução de um bom amigo dos tempos de faculdade, Ian Affleck.

Ele era canadense e tinha estudado em Harvard enquanto eu estava no MIT.

Entrara para a Society of Fellows alguns anos antes de mim e trabalhara com a teoria matemática de Feynman usada hoje a fim de lidar com partículas e campos elementares — a chamada teoria quântica de campos — a fim de calcular como partículas e antipartículas poderiam ser produzidas em um campo magnético forte.

Percebi  que  a  forma  da  solução  que  Ian  havia  descrito,  algo  chamado  de  “instanton”,  lembrava  muito,  caso  se  assumisse  seu  formalismo  para  o  caso  da  gravitação,  um  Universo  em  inflação.

Mas parecia um Universo em inflação que surgiu do nada! Antes de escrever esse resultado, quis lidar com minha confusão a respeito de como interpretar a que explicação física tal solução matemática poderia corresponder.

Logo descobri, no entanto, que, enquanto eu fazia elucubrações, Alex Vilenkin, cosmólogo criativo e meu amigo, tinha acabado de escrever um artigo que descrevia como a gravitação quântica de fato poderia criar um Universo em inflação diretamente do nada.

Tinham me ultrapassado, mas eu não podia ficar muito chateado porque (a) naquela época, eu não compreendia em detalhes o que estava fazendo e (b) Alex teve coragem de propor algo que eu não tive.

Desde então aprendi que não é preciso entender todas as implicações de seu trabalho para publicá-lo.

De fato, vários de meus trabalhos mais importantes só compreendi completamente muito depois de publicá-los.

De  qualquer  forma,  enquanto  Stephen  Hawking  e  seu  colaborador  Jim  Hartle  propunham  um  esquema  muito  diferente  para  tentar  determinar  as  “condições  limitantes”  de  Universos  que  podem  surgir  do  nada,  os  fatos  que  mereceram  destaque  foram:    (1)  Na  gravitação  quântica,  os  Universos  podem  —  e  de  fato  o  farão  —  aparecer  espontaneamente  do  nada.

Tais Universos não precisam ser vazios, mas podem ter matéria e radiação em seu interior, contanto que a energia total, incluindo a energia negativa associada à gravitação, seja zero.

(2) Para que os Universos fechados que podem ser criados por tais mecanismos durem por mais que tempos microscópicos, algo como a inflação é necessário.

Como resultado, o único Universo de vida longa em que se pode esperar viver em tal cenário é um que hoje pareça plano, como o Universo em que vivemos.

A lição é clara: a gravitação quântica não apenas parece permitir que Universos surjam do nada — o que significa (nesse caso, enfatizo) a ausência de espaço e tempo —, mas pode exigir que o façam.

O “nada” — nesse caso nada de espaço, nada de tempo, nada qualquer coisa! — é instável.

Além  do  mais,  seria  esperado  que  as  características  gerais  de  um  Universo  desse  tipo,  se  ele  durar  muito  tempo,  fossem  as  que  observamos  no  Universo  hoje.

Isso  prova  que  o  Universo  surgiu  do  nada?  Claro  que  não.

Mas é um passo consideravelmente grande em direção à plausibilidade dessa questão.

E remove mais uma das objeções que podem ser levantadas contra o argumento da criação a partir do nada como descrito no capítulo anterior.

Lá,  “nada”  significava  espaço  vazio,  mas  preexistente,  combinado  com  leis  da  física  fixas  e  bem  conhecidas.

Agora, o requisito do espaço foi removido.

Mas,  o  que  é  impressionante,  como  devemos  discutir  no  próximo  capítulo,  mesmo  as  leis  da  física  podem  não  ser  necessárias,  ou  obrigatórias.

 ADMIRÁVEIS  MUNDOS  NOVOS    Foi  o  melhor  dos  tempos.

Foi o pior dos tempos.

Charles  Dickens    O  PROBLEMA  CENTRAL  COM  A  NOÇÃO  da  criação  é  que  ela  parece  exigir  que  algo  externo,  algo  fora  do  próprio  sistema,  preexista,  a  fim  de  se  criarem  as  condições  necessárias  para  que  o  sistema  venha  a  existir.

Aqui é geralmente onde a noção de Deus — um agente externo, que existe separadamente do espaço, do tempo e da própria realidade física — entra, porque uma hora é preciso pôr um ponto final nas coisas.

Mas, nesse sentido, Deus parece, para mim, uma solução semântica bem fácil para a profunda questão da criação.

Acho que isso se explica melhor em um contexto ligeiramente diferente: a origem da moralidade, que aprendi com meu amigo Steven Pinker.

A  moralidade  é  externa  e  absoluta  ou  é  derivada  somente  do  contexto  de  nossa  biologia  e  nosso  ambiente,  podendo  assim  ser  determinada  pela  ciência?  Durante  um  debate  sobre  o  assunto,  organizado  na  Universidade  do  Arizona,  Pinker  apontou  o  seguinte  enigma.

Se  argumentamos,  como  muitos  religiosos  o  fazem,  que  sem  Deus  não  há  como  haver  certo  e  errado  —  ou  seja,  que  Deus  determina  o  que  é  certo  e  o  que  é  errado  —,  pode-se  propor  a  pergunta:  e  se  Deus  decretasse  que  o  estupro  e  o  assassinato  fossem  moralmente  aceitáveis?  Isso  os  tornaria  aceitáveis?    Embora  alguns  pudessem  responder  que  sim,  acredito  que  a  maioria  dos  crentes  diria  que  não,  pois  Deus  não  decretaria  isso.

Mas por que não? Talvez porque Deus teria algum motivo para não decretar isso.

De novo, talvez porque a razão sugere que o estupro e o assassinato não são moralmente aceitáveis.

Mas se Deus teria de recorrer à razão, então por que não eliminar logo o intermediário? Podemos aplicar um raciocínio parecido à criação do Universo.

Todos os exemplos dados de fato envolvem a criação de algo a partir do que se é tentado a considerar como nada, mas as regras para essa criação, ou seja, as leis da física, foram pre-determinadas.

De onde elas vêm? Existem duas possibilidades.

Ou Deus, ou algum ser divino que não está limitado por regras, que vive fora delas, as determina — por capricho ou com malícia premeditada —, ou elas surgem por algum mecanismo menos sobrenatural.

O  problema  de  Deus  determinar  as  regras  é  que  se  pode  pelo  menos  perguntar    o  que,  ou  quem,  determinou  as  leis  de  Deus.

Tradicionalmente, a resposta a essa pergunta é dizer que Deus é, entre os outros muitos atributos espetaculares do Criador, a causa de todas as causas, na língua da Igreja Católica Romana, ou a Primeira Causa, conforme Aquino, ou, na linguagem de Aristóteles, o primeiro motor.

O interessante é que Aristóteles reconhecia o problema de uma primeira causa e decidiu que, por esse motivo, o Universo deve ser eterno.

Além disso, o próprio Deus, identificado por ele como pensamento puro autocentrado, cujo amor motivava o primeiro motor a mover, tinha de ser eterno, não causando o movimento ao criá-lo, mas ao estabelecer seu propósito final, que Aristóteles considerou que tinha de ser eterno.

Aristóteles  achava  que  igualar  a  Primeira  Causa  a  Deus  não  era  satisfatório;  na  verdade,  achava  que  a  noção  platônica  de  Primeira  Causa  era  falha,  pois  toda  causa  precisava  ter  um  precursor  —  daí  a  exigência  de  que  o  Universo  fosse  eterno.

Como alternativa, caso se tome a visão de Deus como causa de todas as causas, e, assim, eterno, mesmo que o Universo não o seja, a sequência de questões do tipo “por que” reductio ad absurdum de fato termina, mas, como enfatizei, apenas à custa de introduzir uma entidade notável todo-poderosa para a qual simplesmente não há qualquer outra evidência.

A  esse  respeito,  há  outro  ponto  importante  para  salientar  aqui.

A necessidade lógica aparente de uma Primeira Causa é uma questão real para qualquer Universo que tem um início.

Então, baseando-se apenas na lógica, não se pode descartar essa visão deísta da natureza, mas, mesmo nesse caso, é vital compreender que a divindade não tem qualquer conexão lógica com as divindades pessoais das grandes religiões do mundo, apesar de ser usada com frequência para justificá-las.

Um deísta forçado a buscar alguma inteligência primordial para estabelecer ordem na natureza não será levado, em geral, ao deus pessoal das Escrituras pela mesma lógica.

Essas  questões  foram  debatidas  e  discutidas  por  milênios,  por  mentes  brilhantes  e  não  tão  brilhantes,  e  muitas  delas  ganharam  a  vida  com  esses  debates.

Podemos retomá-las porque estamos simplesmente mais bem-informados por nosso conhecimento da natureza da realidade física.

Nem Aristóteles nem Aquino sabiam da existência de nossa galáxia, muito menos do Big Bang, ou da mecânica quântica.

Assim, os problemas contra os quais eles e os filósofos medievais mais tarde lutaram devem ser interpretados e entendidos à luz do novo conhecimento.

Considere,  com  base  na  moderna  cosmologia,  por  exemplo,  a  sugestão  de  Aristóteles  de  que  não  há  Primeira  Causa  ou,  melhor,  de  que  as  causas  na  verdade  voltam  (e  avançam)  infinitamente  em  todas  as  direções.

Não há início, não há criação, não há fim.

Quando  descrevi  como  algo  deve  quase  sempre  surgir  do  “nada”,  foquei  tanto  na  criação  de  algo  a  partir  do  espaço  vazio  preexistente  quanto  na  criação  do  espaço  vazio  a  partir  de  nenhum  espaço  de  todo.

Ambas as condições iniciais funcionam quando penso na “ausência do ser”, e assim são candidatas possíveis para o nada.

Não abordei diretamente, no entanto, as questões sobre o que pode ter existido antes de tal criação, se é que algo existiu, que leis governaram a criação ou, mais genericamente, o que alguns podem ver como a questão da Primeira Causa.

Uma resposta simples é claramente que ou o espaço vazio ou o nada mais fundamental do qual o espaço vazio pode ter surgido preexistia e é eterno.

No entanto, para ser justo, isso nos leva à pergunta possível, que, é claro, pode não ser respondível, quanto a “o que” fixou as regras que governaram tal criação, se é que existiram regras.

Uma  coisa  é  certa,  porém.

A “regra” metafísica, mantida como uma convicção encouraçada por aqueles com quem discuti a questão da criação, ou seja, que “do nada não sai nada”, não tem fundamentação na ciência.

Argumentar que ela é autoevidente, inabalável e inatacável é como argumentar falsamente, como Darwin fez ao sugerir que a origem da vida estava além do domínio da ciência, construindo uma analogia com a afirmação incorreta de que a matéria não pode ser criada ou destruída.

Tudo o que a teoria representa é uma relutância em reconhecer que a natureza pode ser mais esperta que filósofos ou teólogos.

Além  disso,  os  que  argumentam  que  do  nada  nada  sai  parecem  perfeitamente  contentes  com  a  noção  quixotesca  de  que,  de  alguma  forma,  Deus  pode  contornar  essa  regra.

Porém, mais uma vez, se exigimos que a noção do nada verdadeiro não requer nem mesmo o potencial para a existência, então certamente Deus não pode realizar seus milagres, pois, se faz a existência surgir da não existência, deve ter havido o potencial para a existência.

Argumentar simplesmente que Deus pode fazer o que a natureza não pode é dizer que o potencial sobrenatural para a existência é, de alguma forma, diferente do potencial natural normal para a existência.

Mas essa parece uma distinção semântica arbitrária pensada por aqueles que decidiram a priori (como é esperado que teólogos façam) que o sobrenatural (ou seja, Deus) deve existir, definindo, então, suas ideias filosóficas (mais uma vez, completamente longe de qualquer base empírica) para excluir qualquer coisa que não seja a possibilidade de um Deus.

De  qualquer  forma,  para  propor  um  deus  que  possa  resolver  esse  dilema,  como  enfatizei  inúmeras  vezes,  geralmente  é  necessário  que  Deus  exista  fora  do  Universo  e  seja  atemporal  ou  eterno.

Nossa  compreensão  moderna  fornece  outra  solução  mais  plausível  e,  para  mim,  no  entanto,  muito  mais  física  para  esse  problema,  cujas  características  são  as  mesmas  de  um  criador  externo  —  além  de  ser  logicamente  mais  consistente.

Refiro-me  ao  multiverso.

A possibilidade de o Universo ser apenas um de um grande conjunto, possivelmente infinito, de Universos distintos separados, sendo que quaisquer quantidades de aspectos fundamentais de realidades físicas podem ser diferentes, abre uma nova compreensão de nossa existência.

Como  mencionei,  uma  das  implicações  mais  desagradáveis,  porém  potencialmente  verdadeiras  dessas  imagens,  é  que  a  física,  em  algum  nível  fundamental,  é  meramente  uma  ciência  ambiental.

(Considero isso desagradável porque fui criado com a ideia de que o objetivo da ciência é explicar por que o Universo teve que ser do jeito que é e como isso se deu.

Se, em vez disso, as leis da física como as conhecemos são simplesmente acidentes correlacionados à nossa existência, então esse objetivo fundamental foi malcolocado.

No entanto, superarei meu preconceito se a ideia se revelar verdadeira.

) Nesse caso, as forças e as constantes fundamentais da natureza não são mais fundamentais que a distância entre a Terra e o Sol.

Vivemos na Terra, e não em Marte, não porque existe algo de profundo e fundamental a respeito da distância entre a Terra e o Sol, mas simplesmente porque, se a Terra estivesse localizada a uma distância diferente, a vida como a conhecemos não poderia ter se desenvolvido.

Esses  argumentos  antrópicos  são  muito  escorregadios,  e  é  quase  impossível  fazer  previsões  específicas  baseando-se  neles  sem  saber  explicitamente  a  distribuição  de  probabilidade  entre  todos  os  Universos  possíveis  das  várias     constantes  e  forças  fundamentais  —  ou  seja,  quais  podem  ou  não  podem  variar  e  quais  formas  e  valores  possíveis  elas  podem  assumir  —  e  quanto  exatamente  somos  “típicos”  no  Universo.

Se não somos formas de vida “típicas”, então a seleção antrópica, se é que ela ocorre, pode se basear em fatores diferentes daqueles aos quais a atribuiríamos.

Ainda  assim,  um  multiverso  —  seja  na  forma  de  um  panorama  de  Universos  que  existe  em  uma  série  de  dimensões  extras,  seja  na  forma  de  um  conjunto  de  Universos  reproduzíveis  possivelmente  infinitos  em  um  espaço  tridimensional,  como  no  caso  de  uma  inflação  eterna  —  muda  o  jogo  quando  se  pensa  sobre  a  criação  do  próprio  Universo  e  as  condições  para  que  ela  aconteça.

Em  primeiro  lugar,  a  questão  do  que  determinou  as  leis  da  natureza  que  permitiram  que  o  Universo  se  formasse  e  desenvolvesse  agora  se  torna  menos  significativa.

Se as leis da natureza são elas mesmas estocásticas e aleatórias, então não há “causa” prescrita para sua formação.

Sob o princípio geral de que tudo o que não é proibido é permitido, então nos seria garantido, nessa situação, que algum Universo surgiria com as leis que descobrimos.

Não se exige que mecanismos e entidades fixem as leis da natureza.

Elas poderiam ser quase qualquer coisa.

Como ainda não temos uma teoria fundamental que explique as características detalhadas do panorama de um multiverso, não podemos dizer.

(Mas, sejamos justos, para fazer qualquer progresso científico no cálculo das possibilidades, geralmente supomos que certas propriedades, como a mecânica quântica, permeiam todas elas.

Não sei se essa noção pode ser útil, ou pelo menos não conheço nenhum trabalho produtivo nesse sentido.

) De fato, pode ser que não haja nenhuma teoria fundamental.

Embora eu tenha me tornado físico porque esperava que tal teoria existisse, e porque esperava que um dia poderia ajudar a contribuir para sua descoberta, como já lamentei, essa esperança pode estar fora de cogitação.

Encontro consolo na afirmação de Richard Feynman, que precede a citação que inicia o epílogo deste livro e de que fiz um resumo breve anteriormente, mas quero apresentar na íntegra aqui: As pessoas me perguntam: “Você está procurando pelas leis definitivas da física?” Não, não estou.

Estou apenas tentando descobrir mais sobre o mundo, e se existir uma lei definitiva simples que explica tudo, então que seja.

Seria muito bom descobrir isso.

Se acontecer de ser como uma cebola com milhões de camadas, e estivermos cansados de olhar para camadas, então é assim que a coisa é.

Meu interesse na ciência é simplesmente descobrir mais sobre o mundo, e, quanto mais descubro, melhor fica.

Gosto de descobrir.

A discussão pode ser prolongada e tomar diferentes direções, o que também tem implicações para os argumentos centrais deste livro.

Em um multiverso de qualquer tipo, poderia haver um número infinito de regiões, potencial e infinitamente grandes ou infinitesimalmente pequenas, nas quais não existe “nada”, assim como poderia haver regiões em que há “algo”.

Nesse caso, a resposta quanto ao porquê de existir algo em vez de nada se torna quase banal: existe algo apenas porque, se não existisse nada, não nos encontraríamos vivendo aqui! Reconheço a frustração inerente frente a essa resposta banal ao que pareceu ser uma questão tão profunda e discutida ao longo dos séculos.

Mas a ciência sempre afirmou que qualquer coisa profunda ou trivial pode ser muito diferente do que podemos supor em um primeiro momento.

O  Universo  é  muito  mais  rico  e  muito  mais  estranho  —  muito  mais  maravilhosamente  estranho  —  do  que  as  meras  imaginações  humanas  podem  prever.

A cosmologia moderna nos levou a considerar ideias que não poderiam nem mesmo ter sido formuladas há um século.
As grandes descobertas dos séculos XX e XXI não apenas transformaram o mundo em que vivemos, mas revolucionaram nossa compreensão do mundo — ou mundos — que existe, ou pode existir, bem debaixo de nosso nariz — a realidade que fica escondida até termos coragem suficiente para procurar por ela.

É por isso que a filosofia e a teologia são, em última análise, incapazes de abordar, sozinhas, as questões fundamentais sobre nossa existência.

Até abrirmos nossos olhos e deixarmos a natureza tomar o comando, estamos destinados a chafurdar em miopia.

Por  que  existe  algo  em  vez  de  nada?  Em  última  análise,  essa  pergunta  pode  não  ser  mais  tão  significativa  e  profunda  que  perguntar  por  que  algumas  flores  são  vermelhas  e  outras  são  azuis.

“Algo” sempre pode surgir do nada.

Pode ser que isso seja exigido, independentemente da natureza subjacente da realidade.

Ou talvez “algo” pode não ser muito especial, ou até mesmo muito comum no multiverso.

De qualquer forma, o melhor é não ponderar sobre essa questão, mas, em vez disso, participar da viagem emocionante da descoberta que pode revelar como o Universo se desenvolveu e está se desenvolvendo, e os processos que, em última análise, governam operacionalmente nossa existência.

É para isso que existe a ciência.

Podemos complementar essa compreensão com a reflexão, e chamar isso de filosofia.

Mas somente continuando a investigar cada canto e fenda do Universo que nos é acessível construiremos de verdade uma apreciação útil de nosso próprio lugar no cosmos.

Antes  de  concluir,  quero  levantar  mais  um  aspecto  dessa  questão,  com  que  vale  a  pena  fechar  o  assunto.

Implícita na questão do por que há algo em vez de nada está a expectativa solipsista de que “algo” persistirá — de que o Universo “progrediu” a ponto de nossa existência, como se fôssemos o ápice da criação.

Muito mais provável, baseado em tudo o que sabemos sobre o Universo, é a possibilidade de que o futuro, talvez o futuro infinito, é um futuro no qual o nada reinará mais uma vez.

Se  vivemos  em  um  Universo  cuja  energia  é  dominada  pela  energia  do  nada,  o  futuro  é  realmente  ermo.

Os céus se tornarão frios, escuros e vazios.

Mas a situação é pior.

Um Universo dominado pela energia do espaço vazio é o pior de todos para a vida futura.

É garantido que qualquer civilização desapareça em algum momento em tal Universo, carente de energia para sobreviver.

Após um tempo inimaginavelmente longo, uma flutuação quântica, ou uma agitação térmica, pode produzir uma região local onde mais uma vez a vida poderá se desenvolver e prosperar.

Mas essa vida também será efêmera.

O futuro será dominado por um Universo com nada nele para apreciar seu vasto mistério.

Como  alternativa,  se  a  matéria  que  nos  constitui  foi  criada  no  início  dos  tempos  por  processos  quânticos,  é  garantido  que  ela,  também,  desaparecerá  mais  uma  vez.

A física é uma via de mão dupla, e inícios e fins estão ligados.

Muito além no futuro, prótons e nêutrons entrarão em declínio, a matéria desaparecerá, e o Universo se aproximará de um estado de simplicidade e simetria máximas.

Matematicamente  belo,  talvez,  mas  desprovido  de  substância.

Como Heráclito de Éfeso escreveu em um contexto ligeiramente diferente: “Homero estava errado ao dizer: ‘Que pereça aquela contenda entre deuses e homens!’ Ele não percebeu que estava rezando pela destruição do Universo; pois, se sua prece fosse ouvida, todas as coisas se extinguiriam.

” Ou como Christopher Hitchens reafirmou: “O nirvana é o nada.

” Uma versão mais extrema desse consequente refúgio no nada pode ser inevitável.

Alguns teóricos das cordas argumentaram, com base na matemática complexa, que um Universo como o nosso, com uma energia positiva no espaço vazio, não pode ser estável.

Em algum momento, deve decair a um estado no qual a energia associada ao espaço será negativa.

O Universo, então, entrará em colapso para dentro, retornando à névoa quântica a partir da qual nossa própria existência pode ter surgido.

Se esses argumentos estão corretos, o Universo desaparecerá de forma tão ab-rupta quanto provavelmente começou.

Nesse  caso,  a  resposta  à  pergunta  “Por  que  há  algo  em  vez  de  nada?”  será  simplesmente:  “Não  haverá  algo  por  muito  tempo.

” EPÍLOGO A sanção de um fato vivido como uma face da verdade é um assunto profundo, e é o motor que colocou em movimento nossa civilização desde o Renascimento.

Jacob  Bronowski    O  INÍCIO  DESTE  LIVRO  CONTINHA  outra  citação  de  Jacob  Bronowski:    Sonho  ou  pesadelo,  temos  de  viver  nossa  experiência  como  ela  é,  e  temos  de  vivê-la  acordados.

Vivemos em um mundo que é penetrado de fora a fora pela ciência e que é tanto inteiro quanto real.

Não podemos transformá-lo em um jogo simplesmente escolhendo lados.

Como  também  argumentei,  o  sonho  de  um  é  o  pesadelo  de  outro.

Um Universo sem propósito ou orientação pode parecer, para alguns, fazer da própria vida algo insignificante.

Para outros, como eu, um Universo desse tipo é revigorante.

Isso faz com que nossa existência seja ainda mais impressionante, nos motivando a atribuir um sentido a nossas próprias ações e a tirar o máximo de nossa existência breve ao Sol, simplesmente porque estamos aqui, abençoados com a consciência e com a oportunidade de fazê-lo.

O argumento de Bronowski, no entanto, é que na verdade não importa, e que o que gostaríamos que o Universo fosse é irrelevante.

O que aconteceu aconteceu, e aconteceu em escala cósmica.

E o que quer que esteja prestes a acontecer nessa escala acontecerá independentemente de nossos gostos e desgostos.

Não somos capazes de afetar o primeiro e é improvável que sejamos capazes de afetar o segundo.

O  que  podemos  fazer,  no  entanto,  é  tentar  entender  as  circunstâncias  de  nossa  existência.

Descrevi neste livro uma das jornadas mais marcantes de exploração que a humanidade já empreendeu em sua história evolucionária.

Uma investigação épica para explorar e entender o cosmos em escalas simplesmente desconhecidas há um século.

A jornada desafiou os limites do espírito humano, combinando a disposição em seguir evidências aonde quer que elas possam levar com a coragem de dedicar uma vida inteira a explorar o desconhecido com o conhecimento pleno de que o esforço poderia dar em lugar nenhum e, finalmente, exigindo uma mistura de criatividade e persistência para realizar as tarefas frequentemente tediosas de triar equações infinitas ou desafios experimentais infinitos.

Sempre  fui  atraído  pelo  mito  de  Sísifo,  e  algumas  vezes  já  comparei  o  esforço  científico  à  sua  tarefa  eterna  de  empurrar  uma  pedra  montanha  acima,  só  para  que  ela  caia  antes  de  alcançar  o  topo.

Como Camus imaginou, Sísifo estava sorrindo, e nós também deveríamos estar.

Nossa jornada, qualquer que seja o resultado, oferece sua recompensa.

O  progresso  fenomenal  que  fizemos  no  último  século  nos  trouxe  ao  ápice,  como  cientistas,  na  abordagem  operacional  às  questões  mais  profundas  desde  que  os  humanos  deram  seus  primeiros  passos  quanto  à  compreensão  de  quem  eram  e  de  onde  tinham  vindo.

Como  descrevi,  no  processo,  o  próprio  significado  dessas  questões  evoluiu  junto  com  nossa  compreensão  do  Universo.

A pergunta “Por que existe algo em vez de nada?” deve ser entendida no contexto de um cosmos em que o significado dessas palavras não é o que já foi um dia, e a própria distinção entre algo e nada começou a desaparecer, pois transições entre as duas coisas em contextos diferentes não são apenas comuns, mas exigidas.

Assim,  a  própria  questão  foi  marginalizada  conforme  avançamos  em  nossa  busca  por  conhecimento.

Em seu lugar, somos levados a entender os processos que governam a natureza de um modo que nos permita fazer previsões e, sempre que possível, afetar nosso próprio futuro.

Desse modo, descobrimos que vivemos em um Universo no qual o espaço vazio — o que antes poderia ter sido o nada — tem uma nova dinâmica que domina a evolução atual do cosmos.

Descobrimos que todos os sinais sugerem um Universo que poderia ter surgido e plausivelmente surgiu de um nada mais profundo — envolvendo a ausência do próprio espaço — e que pode um dia voltar a ele, por meio de processos que não só podem ser compreendidos, como também podem não exigir qualquer controle externo ou direção.

Nesse sentido, a ciência, como o físico Steven Weinberg enfatizou, não torna impossível a crença em Deus, mas possibilita não acreditar nele.

Sem a ciência, tudo é um milagre.

Com a ciência, existe a possibilidade de que nada seja.

A crença religiosa, nesse caso, se torna cada vez menos necessária e cada vez menos relevante.

A  escolha  de  voltar  à  noção  da  criação  divina  recai  em  cada  um  de  nós,  é  claro,  e  eu  espero  que  o  debate  não  morra.

Mas acredito que, se formos intelectualmente honestos em nossa escolha, devemos fazê-la bem-informados, balizados pelo fato, não pela revelação.

Esse  foi  o  objetivo  deste  livro:  fornecer  uma  imagem  bem-informada  do  Universo  como  o  entendemos  e  descrever  as  especulações  teóricas  que  atualmente  levam  a  física  adiante  conforme  nós,  cientistas,  tentamos  separar  o  joio  do  trigo  por  meio  de  observações  e  teorias.

Deixei  clara  minha  preferência:  o  caso  de  nosso  Universo  ter  surgido  do  nada  parece  ser,  de  longe,  a  alternativa  intelectual  mais  convincente  no  presente  momento.

Você chegará à sua própria conclusão.

Quero  terminar  a  discussão  retornando  a  uma  questão  que,  a  meu  ver,  acho  mais  intelectualmente  fascinante  que  a  questão  do  algo  a  partir  do  nada.

É a pergunta que Einstein fez sobre se Deus teve alguma escolha na criação do Universo.

Essa pergunta fornece a motivação básica para quase toda a pesquisa quanto à estrutura fundamental da matéria, do espaço e do tempo — e a pesquisa que ocupou grande parte de minha vida profissional.

Eu  costumava  pensar  que  havia  uma  escolha  inflexível  na  resposta  a  essa  pergunta,  mas,  ao  escrever  este  livro,  meu  ponto  de  vista  mudou.

Claramente, se existe uma única teoria envolvendo um único conjunto de leis que descreve e, de fato, prescreve como o Universo veio a existir e as regras que têm governado sua evolução desde então — o objetivo da física desde Newton ou Galileu —, a resposta pareceria ser: “Não, as coisas tinham de ser do jeito que foram, e são.

” Mas se o Universo não é único, e faz parte de um multiverso vasto e possivelmente infinito, a resposta para a pergunta de Einstein seria um sonoro: “Sim, existe uma série de escolhas para a existência.

” Mas não tenho tanta certeza.

Pode ser que exista um conjunto infinito de combinações diferentes de leis e variedades de partículas e substâncias e forças e até mesmo Universos distintos que podem surgir em tal multiverso.

Ou pode ser que apenas uma combinação muito restrita, que resulta no Universo do tipo em que vivemos ou em um muito parecido, seja capaz de suportar a evolução dos seres que podem fazer uma pergunta como essa.

Então a resposta a Einstein continuará sendo negativa.

Um Deus ou uma Natureza que pudesse compreender um multiverso seria tão limitado na criação de um Universo no qual Einstein poderia fazer essa pergunta quanto qualquer um deles seria, caso haja apenas a escolha de uma realidade física consistente.

Acho  estranhamente  satisfatória  a  possibilidade  de  que,  em  quaisquer  cenários,  mesmo  um  Deus  que  aparente  onipotência  não  teria  qualquer  liberdade  na  criação  do  Universo.

Sem dúvida porque sugere ainda que Deus é desnecessário — ou, no máximo, redundante.

 POSFÁCIO    por  Richard  Dawkins    NADA  EXPANDE  A  MENTE  COMO  O  UNIVERSO  em  expansão.

A música das esferas é como uma canção de ninar, um jingle a ser comparado com os acordes majestosos da Symphonie Galactica.

Mudando a metáfora e a dimensão, as poeiras dos séculos, as brumas daquilo que ousamos chamar história “antiga”, são logo levadas pelos ventos firmes e erodentes das eras geológicas.

Até mesmo a idade do Universo, precisa — assim nos assegura Lawrence Krauss — até o quarto algarismo significativo em 13,72 bilhões de anos, é ofuscada pelos zilhares de anos que estão por vir.

Mas  a  visão  de  Krauss  da  cosmologia  do  futuro  remoto  é  paradoxal  e  assustadora.

O progresso científico provavelmente entrará em reverso.

Pensamos que, se existirem cosmólogos no ano 2 trilhões d.

C.

, sua visão do Universo se ampliará sobre a nossa.

Não exatamente — e essa é uma das muitas conclusões devastadoras a que chego ao fechar este livro.

Alguns bilhões de anos a mais ou a menos, o nosso é um tempo propício para ser um cosmólogo.

Daqui a 2 trilhões de anos, o Universo terá se expandido tanto que todas as galáxias, exceto a dos cosmólogos (quaisquer que sejam), terão recuado a um horizonte einsteiniano tão absoluto, tão inviolável, que não serão apenas invisíveis, mas estarão além de qualquer possibilidade de deixar rastros, por mais indiretos que sejam.

Será como se nunca tivessem existido.

Qualquer vestígio do Big Bang terá, muito provavelmente, sumido, para sempre e além de qualquer recuperação.

Os cosmólogos do futuro serão cortados de seu passado, e de sua situação, de uma forma que nós não somos.

Sabemos  que  estamos  situados  em  meio  a  100  bilhões  de  galáxias,  e  sabemos  sobre  o  Big  Bang  porque  as  evidências  estão  ao  nosso  redor:  a  radiação  do  desvio  para  o  vermelho  de  galáxias  distantes  comprovou  a  teoria  da  expansão  de  Hubble  e  nós  a  extrapolamos  negligentemente.

Somos privilegiados por ver as evidências porque olhamos para fora em um Universo infantil, aquecendo-nos na aurora dos tempos em que a luz ainda pode viajar de galáxia em galáxia.

Conforme Krauss e um colega disseram espirituosamente: “Vivemos em um tempo muito especial.

.

.

o único tempo em que se pode verificar por meio de observações que vivemos em um tempo muito especial!” Os cosmólogos desse futuro imensamente distante serão forçados de volta à visão atrofiada do início do século XX, trancados como nós estávamos em uma única galáxia que, por tudo o que sabíamos ou podíamos imaginar, era sinônimo do Universo.

Finalmente,  e  inevitavelmente,  o  Universo  plano  ficará  ainda  mais  plano,  tornando-se  um  nada  que  espelha  seu  início.

Não só não haverá cosmólogos para olhar para o Universo, como não haverá nada para ver, mesmo que pudessem.

Nada mesmo.

Nem mesmo átomos.

Nada.

Se  você  acha  isso  sombrio  e  triste,  sinto  muito.

A realidade não nos conforta.

Quando Margaret Fuller escreveu, com o que imagino que tenha sido um suspiro de satisfação, “Aceito o Universo”, a resposta de Thomas Carlyle foi certeira: “É bom mesmo!” Particularmente, acho que a extinção eterna de um nada infinitamente plano tem uma grandeza que, no mínimo, vale a pena enfrentar com coragem.

Mas,  se  algo  pode  ser  achatado  até  virar  nada,  então  o  nada  pode  entrar  em  ação  e  dar  origem  a  alguma  coisa?  Por  que,  citando  uma  antiga  questão  teológica,  existe  algo  em  vez  de  nada?  Aqui  chegamos  àquela  que  talvez  seja  a  lição  mais  impressionante  para  fechar  o  livro  de  Lawrence  Krauss:  a  física  não  só  nos  diz  como  algo  poderia  surgir  do  nada,  como  vai  além,  segundo  Krauss,  e  nos  mostra  que  o  nada  é  instável  —  algo  estava  quase  obrigado  a  surgir  dele.

Se eu entendi Krauss corretamente, isso acontece o tempo todo: o princípio soa como uma versão física para “dois erros fazem um acerto”.

Partículas e antipartículas surgem e desaparecem como vaga-lumes subatômicos, aniquilando uns aos outros, e então recriando-se em um processo inverso, do nada.

A  gênese  espontânea  de  algo  a  partir  do  nada  aconteceu  em  grande  estilo  no  início  do  espaço  e  do  tempo,  na  singularidade  conhecida  como  Big  Bang,  seguida  pelo  período  inflacionário,  quando  o  Universo,  e  tudo  o  que  existe  nele,  cresceu  em  uma  fração  de  segundo  através  de  28  ordens  de  grandeza  (isso  corresponde  a  um  1  com  28  zeros  atrás  dele  —  pense!).

Que  ideia  bizarra  e  ridícula!  Sério,  esses  cientistas.

.

.

São tão ruins quanto escolásticos medievais contando anjos na cabeça de alfinetes, ou debatendo o “mistério” da transubstanciação.

Não,  não  é  bem  isso,  não  com  tanta  violência  e  exagero.

A ciência ainda desconhece muita coisa (e está trabalhando nisso com todo o afinco).

Entretanto, parte do que sabemos sabemos não apenas aproximadamente (o Universo não tem simplesmente milhares, mas bilhares de anos), mas com convicção e precisão espantosa.

Já mencionei que a idade do Universo é medida em quatro algarismos significativos.

Isso já é bem impressionante, mas não é nada comparado à precisão de algumas das previsões com as quais Lawrence Krauss e seus colegas nos surpreendem.

O herói de Krauss, Richard Feynman, apontou que algumas das previsões da teoria quântica — novamente baseadas em premissas que parecem mais bizarras que qualquer coisa já sonhada mesmo pelo mais obscurantista dos teólogos — foram verificadas com tamanha precisão que correspondem a prever a distância entre Nova York e Los Angeles com o comprimento de um fio de cabelo.

Teólogos  podem  especular  sobre  anjos  em  cabeça  de  alfinetes,  ou  o  que  quer  que  seja  o  equivalente  atual.

Os físicos podem parecer ter seus próprios anjos e suas próprias cabeças de alfinete: quanta e quarks, “charm”, “estranheza” e “spin”.

Mas os físicos podem contar seus anjos e podem chegar ao anjo mais próximo em um total de 10 bilhões: nem um a mais, nem um a menos.

A ciência pode ser estranha e incompreensível — mais estranha e menos incompreensível que qualquer teologia —, mas a ciência funciona, consegue resultados.

Pode levar você a Saturno, passando por Vênus e Júpiter.

Podemos não entender a teoria quântica (eu com certeza não entendo), mas uma teoria que prevê o mundo real em dez casas decimais não pode, em qualquer sentido, estar errada.

A teologia não só carece de casas decimais, como falta-lhe até mesmo o menor indício de conexão com o mundo real.

Como disse Thomas Jefferson, ao fundar a Universidade de Virgínia: “Um professorado de teologia não deveria ter lugar em nossa instituição.

” Se você perguntar aos crentes o porquê de sua crença, pode ser que encontre alguns teólogos “sofisticados” que falarão de Deus como a “base de toda a existência”, ou como “metáfora da comunhão interpessoal”, ou alguma evasão do tipo.

Mas a maioria, mais honesta e vulnerável, pula para uma versão do argumento da criação ou da primeira causa.

Filósofos do calibre de David Hume não precisavam levantar de suas cadeiras para demonstrar a fraqueza fatal desses argumentos: eles imploram pela questão da origem do criador.

Mas foi preciso que Charles Darwin, no mundo real no HMS Beagle, descobrisse a alternativa brilhantemente simples — sem ter que implorar — à criação.

No campo da biologia, é claro.

A biologia sempre foi o campo de caça favorito de teólogos naturais, até que Darwin — não deliberadamente, pois era o mais gentil e bondoso dos homens — os expulsou.

Eles fugiram para as pastagens rarefeitas da física e das origens do Universo, apenas para se deparar com Lawrence Krauss e seus predecessores.

As  leis  e  as  constantes  da  física  parecem  um  trabalho  conveniente  e  bem- afinado,  projetadas  para  trazer-nos  à  existência?  Você  acha  que  algum  agente  deve  ter  feito  com  que  tudo  começasse?  Leia  Victor  Stenger  caso  não  consiga  ver  o  que  há  de  errado  com  esses  argumentos.

Steven Weinberg, Peter Atkins, Martin Rees, Stephen Hawking.

E agora podemos ler Lawrence Krauss, o que me parece ser o nocaute.

Até mesmo a última carta de trunfo do teólogo — “Por que existe algo em vez de nada?” — encolhe diante de nossos olhos conforme lemos estas páginas.

Se A origem das espécies foi o golpe mortal da biologia contra o sobrenatural, podemos considerar Um Universo que veio do nada um equivalente para a cosmologia.
O título significa exatamente o que diz.

E o que diz é devastador.

 ÍNDICE  REMISSIVO    A    aceleradores  de  partículas  Adams,  Douglas  Affleck,  Ian  aglomerado  de  Coma  aglomerados    medições  de  Andrômeda  Antártica  antipartículas.

ver também pósitrons; partículas virtuais assimetria entre partículas e conforme exigidas pela mecânica quântica conforme exigidas pela teoria da Relatividade Geral criação em campo elétrico na equação de Dirac parecendo voltar no tempo argumentos antrópicos Aristóteles arrancada Atkins, Peter B bárions Big Bang Big Crunch biologia Bogan, Louise Bohr, Niels BOOMERANG bósons Brahe, Tycho branas Bronowski, Jacob Browning, Robert buracos negros campos elétricos Camus, Albert células autorreplicantes Chaboyer, Brian ciência Deus e propósitos da questão do algo a partir do nada três princípios básicos da CL 0024 + 1654 constante cosmológica como “selecionada antropicamente” energia escura representada por introdução e arrependimento por Einstein constante de Hubble constantes fundamentais da natureza conto de natal, Um (Dickens) cosmologia possível fim do futuro criador, criacionismo D Darwin, Charles Dawkins, Richard Demarque, Pierre densidade de energia desvio para o vermelho distância vs.

Deus  ver  também  teologia  algo  a  partir  do  nada  criado  por  Big  Bang  e  e  a  energia  total  da  gravitação  e  a  origem  da  moralidade  navalha  de  Occam  e  no  trabalho  de  Newton  Pio  XII  e  sua  tentativa  de  provar  a  existência  de  questão  da  “escolha”  de  Einstein  remoção  de  sua  necessidade  por  Darwin    Deus  das  Lacunas  deutério,  abundância  de  Dickens,  Charles  Dirac,  Paul  D’Souza,  Dinesh     E    eclipse  solar  Eddington,  Arthur  Stanley  efeito  Doppler  Einstein,  Albert.

ver também relatividade, teoria da; relatividade geral, relatividade especial importância dos experimentos lentes gravitacionais limite da velocidade universal descoberta por eletromagnetismo teoria quântica do elétron potencial para a existência de elétrons como onda em níveis quânticos forma antimatéria de massa movimentando-se mais rápido que a luz no início do Universo eletrostática E = mc2 energia cinética conservação de definição de repouso escura ver energia escura negativa potencial energia cinética energia de vácuo falso energia escura constante cosmológica como representativa de densidade descoberta em Universo plano energia do “vácuo falso” expansão do Universo dominada por na teoria das Cordas origem partículas reais e radiação criadas proposta de Krauss e Turner quantidade de energia gravitacional total como não arbitrária definição equação newtoniana para na energia total na inflação no Universo que veio do nada energia potencial energia total como energia gravitacional total mais energia associada à massa no Universo fechado espaço crescimento mais rápido que a velocidade da luz criado pela mecânica quântica curvatura do ver também Universo espaço-tempo, mecânica quântica do espaço vazio ver também nada energia do ver energia escura partículas reais criadas no partículas virtuais e campos no espectro Espinosa, Baruch estrelas brilho composição sequência principal variáveis estrelas de nêutrons estrelas variáveis Cefeidas evolução biológica experimentos mentais F Faraday, Michael ferro Feynman, Richard formalismo da soma sobre os caminhos necessidade de antipartículas demonstrada por sobre a precisão da teoria quântica sobre leis fundamentais filosofia físicos de partículas Flatland (Abbot) flocos de neve flutuações quânticas.

ver também inflação forças fundamentais formalismo da soma sobre os caminhos fótons fótons virtuais Fundação Richard Dawkins G galáxias.

ver também aglomerados, lei de Hubble desvio para o vermelho em espiral ver galáxias em espiral (aglomerados em espiral) instabilidade lentes gravitacionais superaglomerados galáxias em espiral (nebulosas em espiral) Galilei, Galileu Gauss, Carl Friedrich Gênesis geometria ver Universo fechado; Universo plano; Universo aberto geometria hiperbólica Grande Colisor de Hádrons Grande Teoria Unificada gravitação ver também teoria da Relatividade Geral gráviton Greene, Brian Guia do mochileiro das galáxias, O Guth, Alan H Harris, Sidney Hartle, Jim Hawking, Stephen Heinsenberg, Werner.

Ver também Princípio da Incerteza hélio abundância de Heráclito de Éfeso hidrogênio abundância de High-Z Supernova Search Team Hitchens, Christopher Homero horizonte de eventos Hoyle, Fred Hubble, Edwin expansão do Universo descoberta por Humason, Milton Hume, David Igreja Católica Romana infinitos inflação caótica instanton J James, William Jefferson, Thomas Jornada nas estrelas K Kepler, Johannes três leis do movimento planetário descobertas por Kernan, Peter Krauss, Lawrence Lamb, Willis Leavitt, Henrietta Swan Leeuwenhoek, Antonie Philips van Lei de Hubble leis da física leis do movimento de Newton Lemaître, Georges lentes gravitacionais Linde, Andrei linhas de absorção linhas de campo lítio abundância de Lobachevsky, Nicolai Ivanovich luz comprimentos de onda de habilidade humana de ver M Mandl, Rudi mapas de pesquisa geodésica massa de elétrons de fótons densidade no Universo de prótons matéria escura mecânica quântica.

ver também Princípio da Incerteza Mercúrio, órbita de metabolismo metagaláxia Mies van der Rohe, Ludwig milagres miopia cósmica moralidade multiverso escolha de Deus e múons N nada ver também espaço vazio, questão do algo a partir do nada nebulosas ver também galáxias em espiral (nebulosas em espiral) nêutrons Newton, Isaac experimento do prisma teoria da gravitação níveis quânticos O Observatório de Monte Stromlo Observatório de Monte Wilson Origem das espécies, A (Darwin) oxigênio P Pais, Abraham panorama partículas elementares partículas virtuais periélio Perlmutter, Saul Physical Review Pinker, Steven Pio XII, Papa Planck, Max planetas, movimento dos plasma Platão pósitrons prêmio Nobel pressão negativa Princípio da Incerteza princípio de Copérnico Problema da Constante Cosmológica Problema do Achatamento Problema do Horizonte Problema do Monopolo prótons Q quarks quasares Quintessence (Krauss) R radiação cósmica de fundo em micro-ondas (RCFM) raios cósmicos raios X, emissão de Rees, Martin regressão infinita Reiss, Adam relação período-luminosidade relatividade especial, teoria da relatividade geral, teoria da ver também constante cosmológica religião ver Deus, teologia Retherford, Robert C.

RNA Rubin, Vera Rumsfeld, Donald Russell, Bertrand S Sagan, Carl Scherrer, Robert Schmidt, Brian Schrödinger, Erwin Science Scientific American Shapley, Harlow simetria singularidade Sísifo Slipher, Vesto Sol, espectro do Solução de Schwarzchild Stenger, Victor Superaglomerado de Virgem superaglomerados supercondutividade supercordas superfície de última difusão escala característica geometria do Universo revelada por tentativa do BOOMERANG de fotografar supernova observada por Brahe tipo 1a Supernova Cosmology Project supernova tipo 1a supersimetria T tau Telescópio Espacial Hubble teologia.

ver também Deus teoria das Cordas teoria das partículas Teoria de Tudo Tomás de Aquino transições de fase triâgulo, soma dos ângulos do Turner, Michael Tyson, Tony U Universo como eterno como possivelmente infinito densidade média homogeneidade do idade do massa total no origens do ver também Big Bang resfriamento do Universo aberto Universo, expansão do ver também lei de Hubble como inobservável num futuro distante gravidade taxa de Universo fechado pontos quentes e frios Universo plano como esperado de um Universo surgido a partir do nada evidências a favor evidências contra pontos quentes e frios taxa de expansão vácuo quântico velocidade da luz como limite da velocidade cósmica Via Láctea vida, origem da Vilenkin, Alex W Weinberg, Steven Wilczek, Frank Wilkinson, David Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Witten, Edward workshop Origem da Vida Z Zel’dovich, Yakov Zwicky, Fritz Este e-book foi desenvolvido em formato ePub pela Distribuidora Record de Serviços de Imprensa S.

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 Um  universo  que  veio  do  nada    Skoob  do  livro    https://www.

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