O QUE OS FÍSICOS QUEREM DIZER QUANDO FALAM DO “NADA”?

Os filósofos debateram a natureza do “nada” por milhares de anos, mas o que a ciência moderna tem a dizer sobre isso? Em uma entrevista com The Conversation, Martin Rees, astrônomo e professor emérito de cosmologia e astrofísica na Universidade de Cambridge, explica que quando os físicos falam de nada, eles querem dizer espaço vazio (vácuo). Isso pode soar simples, mas experimentos mostram que o espaço vazio não é realmente vazio – há uma energia misteriosa latente nele que pode nos dizer algo sobre o destino do universo.

História da galáxia revelada pelo Telescópio Espacial Hubble. Crédito: NASA.

P: O espaço vazio é realmente o mesmo que nada?

R: O espaço vazio parece não ser nada para nós. Por analogia, a água pode não parecer nada para um peixe – é o que resta quando você tira todas as outras coisas flutuando no mar. Da mesma forma, o espaço vazio é considerado bastante complicado.

Nós sabemos que o universo é muito vazio. A densidade média do espaço é de cerca de um átomo em cada dez metros cúbicos – muito mais rarefeito do que qualquer vácuo que possamos alcançar na Terra. Mas mesmo que você leve toda a matéria embora, o espaço tem um tipo de elasticidade que (como foi confirmado recentemente) permite que ondas gravitacionais – ondulações no próprio espaço – se propaguem através dele. Além disso, aprendemos que existe um tipo exótico de energia no próprio espaço vazio.

P: Aprendemos pela primeira vez sobre essa energia do vácuo no século XX com o surgimento da mecânica quântica, que governa o minúsculo mundo de átomos e partículas. Sugere que o espaço vazio é composto de um campo de energia flutuante de fundo – dando origem a ondas e partículas virtuais que entram e saem da existência. Eles podem até criar uma pequena força. Mas e quanto ao espaço vazio em grandes escalas?

R: O fato de que o espaço vazio exerce uma força em larga escala foi descoberto há 20 anos. Os astrônomos descobriram que a expansão do universo estava se acelerando. Isso foi uma surpresa. A expansão era conhecida há mais de 50 anos, mas todos esperavam que ela estivesse diminuindo devido à força gravitacional que as galáxias e outras estruturas exercem umas sobre as outras. Foi, portanto, uma grande surpresa descobrir que essa desaceleração devido à gravidade foi subjugada por algo “empurrando” a expansão. Existe, por assim dizer, energia latente no próprio espaço vazio, que causa uma espécie de repulsão que supera a atração da gravidade nessas grandes escalas. Esse fenômeno – apelidado de energia escura – é a manifestação mais dramática do fato de que o espaço vazio não é inexpressivo e irrelevante. De fato, isso determina nosso universo.

P: Mas existe um limite para o que podemos saber? Em uma escala de um trilhão de trilhões de vezes menor do que um átomo, as flutuações quânticas no espaço-tempo podem originar não apenas partículas virtuais, mas buracos negros virtuais. Esse é um intervalo que não podemos observar e onde temos que combinar teorias da gravidade com a mecânica quântica para investigar o que acontece teoricamente – algo que é notoriamente difícil de fazer.

R: Existem várias teorias que visam entender isso, a mais famosa sendo a teoria das cordas . Mas nenhuma dessas teorias ainda se envolveu com o mundo real – então elas ainda são especulações não testadas. Mas eu acho que quase todo mundo aceita que o próprio espaço poderia ter uma estrutura complicada nesta minúscula escala onde os efeitos gravitacionais e quânticos se encontram.

Sabemos que nosso universo tem três dimensões no espaço: você pode ir para a esquerda e para a direita, para trás e para frente, para cima e para baixo. O tempo é como uma quarta dimensão. Mas é uma forte suspeita de que, se você ampliasse um pequeno ponto no espaço de modo que estivesse investigando essa pequena e minúscula escala … você descobriria que é um origami enrolado em cerca de cinco dimensões extras que não vemos. É como quando você olha para uma mangueira de jardim de longe, você acha que é apenas uma linha. Mas quando você olha mais de perto, percebe que uma dimensão era de fato três dimensões. A teoria das cordas envolve matemática complexa – o mesmo acontece com as teorias rivais. Mas esse é o tipo de teoria que vamos precisar se quisermos entender no nível mais profundo o mais próximo do nada que podemos imaginar: o espaço vazio.

P: Dentro do nosso entendimento atual, como podemos explicar nosso universo inteiro expandindo do nada? Poderia realmente começar com um pouco de energia de vácuo flutuante?

R: Alguma transição ou flutuação misteriosa poderia ter desencadeado repentinamente uma parte do espaço para se expandir – pelo menos é o que pensam alguns teóricos. As flutuações intrínsecas à teoria quântica seriam capazes de abalar todo o universo se fossem espremidas a uma escala suficientemente pequena. Isso aconteceria em um tempo de cerca de 10⁴⁴ segundos – o que é chamado de tempo de Planck. Essa é uma escala em que o tempo e o espaço estão interligados, de modo que a idéia de um relógio que está passando não faz sentido. Podemos extrapolar nosso universo com alta confiança de volta a um nanossegundo e com alguma confiança de volta muito mais perto do tempo de Planck. Mas depois disso, todas as apostas estão fora porque … física nesta escala tem que ser substituída por alguma teoria grandiosa, mais complicada.

P: Se é possível que uma flutuação de alguma parte aleatória do espaço vazio tenha dado origem ao universo, por que não poderia exatamente a mesma coisa acontecer em outra parte do espaço vazio – dando origem a universos paralelos em um multiverso infinito?

R: A ideia de que o nosso Big Bang não é o único e que o que vemos com os nossos telescópios é que uma pequena fração da realidade física é popular entre muitos físicos. E existem muitas versões de um universo cíclico. Foi apenas há 50 anos que surgiram fortes evidências de um Big Bang. Mas desde então tem havido especulações sobre se isso é apenas um episódio em um universo cíclico. E tem havido uma crescente atração pelo conceito de que há muito mais na realidade física do que o volume de espaço e tempo que podemos investigar – mesmo com os telescópios mais poderosos.

Então não temos idéia se houve um Big Bang ou muitos – há cenários que prevêem muitos Big Bangs e alguns que preveem um. Acho que devemos explorar todos eles.

P: Como o universo vai acabar?

R: A previsão mais direta de longo prazo prevê que o universo continue se expandindo em ritmo acelerado, ficando cada vez mais vazio e cada vez mais frio. As partículas nele podem decair, fazendo a diluição prosseguir indefinidamente. Acabaríamos, em certo sentido, com um enorme volume de espaço, mas seria ainda mais vazio do que o espaço é agora. Esse é um cenário, mas há outros que envolvem a “direção” da energia escura, revertendo da repulsão à atração, de modo que haverá um colapso no chamado “Big Crunch“, quando a densidade se dirigir ao infinito novamente.

Há também uma idéia, devido ao físico Roger Penrose, de que o universo continua se expandindo, tornando-se cada vez mais diluído, mas de alguma forma – quando não tem nada além dos fótons, partículas de luz – as coisas podem ser “redimensionadas” de modo que, após essa enorme diluição, o espaço se torna, de certo modo, o gerador de um novo Big Bang. Então essa é uma versão bastante exótica do antigo universo cíclico – mas, por favor, não me peça para explicar as idéias de Penrose.

P: O quanto você está confiante de que a ciência pode acabar quebrando o que não é nada? Mesmo se pudéssemos provar que nosso universo começou a partir de uma estranha flutuação de um campo de vácuo, não precisamos perguntar de onde veio esse campo de vácuo?

R: As ciências tentam responder a perguntas, mas toda vez que as respondemos, novas entram em foco – nunca teremos uma visão completa. Quando eu estava começando a pesquisa no final dos anos 1960, era controverso se houve um Big Bang. Agora isso não é mais controverso, e podemos dizer com cerca de 2% de precisão como era o universo desde os atuais 13,8 bilhões de anos até um nanossegundo. Isso é um enorme progresso. Portanto, não é absurdamente otimista acreditar que, nos próximos 50 anos, as questões desafiadoras sobre o que acontece nas eras quântica ou “inflacionária” serão compreendidas.

Mas é claro que isso levanta outra questão: quanto da ciência será acessível ao cérebro humano? Pode acontecer, por exemplo, que a matemática da teoria das cordas seja, em certo sentido, uma descrição correta da realidade, mas que nunca seremos capazes de compreendê-la bem o suficiente para confrontá-la com qualquer observação genuína. Então podemos ter que esperar o surgimento de algum tipo de pós-humanos para obter uma compreensão mais completa.

Mas todo mundo que pondera esses mistérios deve perceber que o espaço vazio do físico – o vácuo – não é o mesmo que o “nada” do filósofo.

Fonte: Phys.org