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Universo: afinal, o que ele é? Descubra aqui!

Por , em 22.09.2014

As perguntas são tão grandes quanto o universo e (quase) tão antigas quanto o tempo: de onde eu venho? Por que estou aqui?

Ainda que tudo isso soe como algo que você perguntaria a um filósofo, uma resposta mais científica pode ser oferecida por um cosmólogo.

Este ramo da física está trabalhando duro para tentar decodificar a natureza da realidade, combinando teorias matemáticas com evidências. Hoje, a maioria dos cosmólogos pensa que o universo foi criado durante o Big Bang cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, e que ele está se expandindo a um ritmo cada vez maior. O cosmos é desenhado em um tecido que chamamos de espaço-tempo, bordado com uma teia cósmica de galáxias brilhantes e matéria escura invisível.

Parece um pouco estranho, mas infinitas fotos, dados experimentais e modelos compilados ao longo de décadas podem apoiar esta descrição. À medida que novas informações são adicionadas a este modelo, os cosmólogos estão considerando formas ainda mais ousadas para descrever o universo – incluindo algumas propostas bizarras que, no entanto, têm raízes consolidadas na ciência.

O universo é um holograma

Olhe para um holograma padrão, impresso em uma superfície 2D, e você verá uma projeção 3D da imagem. Diminuindo o tamanho dos pontos individuais que compõem a imagem, o holograma fica mais nítido. Na década de 1990, os físicos perceberam que algo como isso poderia estar acontecendo com o nosso universo.

A física clássica descreve o tecido do espaço-tempo como uma estrutura de quatro dimensões, com três dimensões de espaço e uma de tempo. A teoria geral da relatividade de Einstein diz que, em seu nível mais básico, este tecido deve ser suave e contínuo, porém, isso foi antes da mecânica quântica entrar em cena.

Enquanto a relatividade é ótima para descrever o universo em escalas visíveis, a física quântica nos diz tudo sobre a forma como as coisas funcionam no nível dos átomos e das partículas subatômicas. De acordo com a teoria quântica, se você examinar o tecido do espaço-tempo suficientemente de perto, ele será composto por pequenos grãos de informação, cada um de uma centena de bilhões de bilhões de vezes menor que um próton.

O físico da Universidade de Stanford (Estados Unidos) Leonard Susskind e o ganhador do Prêmio Nobel Gerard ‘t Hooft apresentaram cálculos mostrando o que acontece quando você tenta combinar quântica e descrições relativísticas do espaço-tempo. Eles descobriram que, matematicamente falando, o tecido deve ter uma superfície 2D, e os grãos devem agir como os pontos em uma vasta imagem cósmica, definindo a “resolução” do nosso universo 3D.

A mecânica quântica também nos diz que estes grãos devem experimentar agitações aleatórias que podem, ocasionalmente, borrar a projeção e, assim, torná-la detectável.

No mês passado, os físicos do Fermi National Accelerator Laboratory, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, começaram a recolher dados com um arranjo altamente sensível de lasers e espelhos chamado Holometer. Este instrumento é afinado para pegar minúsculos movimentos no espaço-tempo e revelar se ele é de fato granulado em uma escala menor. O experimento deve recolher dados durante pelo menos um ano, para que possamos saber em breve se estamos vivendo em um holograma.

O universo é uma simulação de computador

Assim como o enredo de Matrix, você pode estar vivendo em um programa de computador muito avançado e nem sequer saber disso. Algumas versões deste pensamento têm sido debatidas desde muito antes de Keanu Reves ter proferido o seu primeiro “uau”. Platão imaginou se o mundo como nós o percebemos é uma ilusão, e os matemáticos modernos quebram a cabeça com qual seria o motivo da matemática ser universal – por que é que não importa quando ou onde você olha, 2 + 2 deve sempre igual a 4? Talvez porque essa é uma parte fundamental da maneira como o universo foi codificado.

Em 2012, físicos da Universidade de Washington (EUA) disseram que se nós vivemos em uma simulação digital, pode haver uma maneira de descobrir. Modelos de computador padrão são baseados em uma grade 3D, e às vezes a própria rede gera anomalias específicas nos dados. Se o universo é uma vasta rede, os movimentos e as distribuições de partículas de alta energia chamados raios cósmicos podem revelar anomalias semelhantes – uma falha na Matrix -, fazendo com que consigamos dar uma espiada na estrutura da grade.

Um artigo de 2013 do engenheiro Seth Lloyd, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, constrói o caso de uma reviravolta intrigante neste conceito: se o espaço-tempo é feito de bits quânticos, o universo deve ser um computador quântico gigante.

Naturalmente, ambas as noções levantam um dilema preocupante: se o universo é um programa de computador, quem ou o que escreveu o código?

O universo é um buraco negro

Qualquer livro de astronomia para principiantes vai lhe dizer que o universo explodiu durante o Big Bang. Mas o que existia antes desse ponto, e o que provocou a explosão? Nikodem Poplawski, então na Universidade de Indiana (EUA), escreveu um artigo em 2010 que defendia que o nosso universo foi forjado dentro de um grande buraco negro.

Enquanto Stephen Hawking continua mudando de ideia, a definição popular de um buraco negro é uma região do espaço-tempo tão densa que, passado um certo ponto, nada pode escapar de sua atração gravitacional. Os buracos negros nascem quando pacotes densos de matéria entram em colapso, como durante a morte de estrelas especialmente pesadas. Algumas versões das equações que descrevem os buracos negros dizem que a matéria comprimida não entra em colapso plenamente em um ponto, ou singularidade, mas, ao invés disso, se expande, expelindo matéria quente e desordenada.

Poplawski analisou os números e descobriu que as observações da forma e composição do universo correspondem à imagem matemática de um buraco negro ao nascer. O colapso inicial seria igual ao Big Bang, e tudo dentro e em torno de nós seria feito a partir dos componentes reorganizados e refrigerados daquela matéria bagunçada.

E não para por aí: a teoria ainda sugere que todos os buracos negros em nosso universo podem ser portas de entrada para realidades alternativas. Então, como vamos testar esta tese? Este modelo baseia-se em buracos negros que giram, porque essa rotação é parte do que impede a matéria original de entrar em colapso completo. Poplawski diz que devemos ser capazes de ver um eco do “giro” herdado de nosso buraco negro “pai” em levantamentos de galáxias, com vastos aglomerados movendo-se em uma pequena, mas potencialmente detectável direção preferida.

O universo é uma bolha em um oceano de universos

Outro quebra-cabeça cósmico surge quando você considera o que aconteceu nas primeiras frações de segundo após o Big Bang. Mapas da luz emitida logo após o universo nascer nos dizem que o bebê espaço-tempo cresceu exponencialmente em um piscar de olhos antes de se estabelecer em um ritmo mais calmo de expansão. Esse processo, chamado de inflação, é bastante popular entre os cosmólogos, e ele tem um novo impulso este ano com a potencial (mas ainda não confirmada) descoberta de ondulações no espaço-tempo chamadas de ondas gravitacionais, que teriam sido produto do surto de crescimento rápido.

Se a inflação for confirmada, alguns teóricos argumentam que devemos viver em um mar de bolhas de vários universos. Alguns dos primeiros modelos de inflação afirmam que antes do Big Bang, o espaço-tempo continha o que é conhecido como um falso vácuo, um campo de alta energia desprovido de matéria e radiação que é inerentemente instável. Para alcançar um estado estável, o vácuo começou a borbulhar, como uma panela de água fervente. Com cada bolha, um novo universo nasceu, dando origem a um multiverso infinito.

O problema com o teste dessa ideia é que o cosmos é ridiculamente enorme, o universo observável se estende por cerca de 46 bilhões de anos-luz em todas as direções e até mesmo os nossos melhores telescópios não conseguem olhar na superfície de uma bolha tão grande. Uma opção, então, é procurar qualquer evidência de colisão entre a bolha do nosso universo e outra.

Hoje, os nossos melhores mapas que mostram resquícios do Big Bang mostram um local frio incomum no céu que poderia ser uma “contusão” por termos esbarrado em um vizinho cósmico – ou poderia ser apenas um acaso estatístico. Assim, uma equipe de pesquisadores liderada por Carroll Wainwright, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz (EUA), tem executado modelos de computador para descobrir que outros tipos de vestígios uma colisão entre bolhas deixaria no eco do Big Bang. [Smithstonian Magazine]

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