Saberemos exatamente como o universo nasceu?

Por , em 26.04.2021

Há tempos que os físicos não conseguem decifrar o mistério do que aconteceu nos momentos em que uma pequena semente explodiu como o universo. Agora, um cientista acha que sabe por que eles não poderão chegar a uma descrição física deste fenômeno chamado inflação: o universo não permite.

Especificamente, o cientista descreve uma nova conjectura em relação ao universo jovem, “o observador deve ser protegido” de observar diretamente as menores estruturas do cosmos.

Em outras palavras, por definição, os físicos talvez nunca possam construir um modelo de inflação usando as ferramentas usuais, terão que descobrir uma nova maneira.

Mas por que não? Esta nova conjectura, que é uma opinião ou pensamento baseado em informações incompletas, aponta a culpa a uma característica particular dos modelos de inflação. Esses modelos pegam flutuações muito, muito pequenas no espaço-tempo e as tornam maiores. Mas não temos uma teoria física completa dessas pequenas flutuações, e assim modelos de inflação que têm essa característica (que são todos eles) nunca funcionarão.

Portanto a Teoria das Cordas pode ser a chave para elucidar os segredos da inflação.

Inflando

Observações da estrutura em larga escala do universo e da luz remanescente do Big Bang revelaram que, no universo primitivo, nosso cosmos provavelmente passou por um período de expansão incrivelmente rápida. Este evento notável, conhecido como inflação, levou o universo a se tornar trilhões de vezes maior durante a menor fração de segundo.

No processo de ficar enorme, a inflação também deixou nosso cosmos um pouco turbulento. À medida que a inflação se desenrolava, as menores flutuações quânticas aleatórias — flutuações construídas no próprio tecido do espaço-tempo — ficaram muito, muito maiores, o que significa que algumas regiões estavam mais densamente cheias de matéria do que outras. Eventualmente, essas diferenças sub-microscópicas cresceram para se tornar macroscópicas e ainda maior, em alguns casos estendendo-se de uma extremidade do universo para a outra. Milhões e bilhões de anos depois, essas pequenas diferenças de densidade cresceram para se tornar as sementes de estrelas, galáxias e as maiores estruturas do cosmos.

Astrônomos suspeitam fortemente que a inflação realmente aconteceu nos primeiros momentos do universo, quando tinha menos de um segundo de idade; mesmo assim, eles não sabem o que desencadeou a inflação, o que a impulsionou, quanto tempo durou ou o que a desligou. Em outras palavras, os físicos não têm uma descrição física completa deste evento importante.

Somando-se a outros mistérios é que, na maioria dos modelos de inflação, flutuações em escalas extremamente pequenas são infladas para se tornarem diferenças macroscópicas. Quão pequeno? Menor que o comprimento de Planck, ou aproximadamente 1,6 x 10^menos 35 metros (34 zeros depois da vírgula e, em seguia, o número 16). Essa é a escala onde a força da gravidade rivaliza com outras forças fundamentais da natureza. Nessa escala, precisamos de uma teoria unificada da física para descrever a realidade.

Essa teoria não existe.

E isso é um problema. A maioria (se não todos) modelos de inflação exigem que o universo cresça a um ponto em que as diferenças abaixo de Planck se tornam macroscópicas. Mas não entendemos a física abaixo com comprimento de Planck. Então, como poderíamos construir um modelo teórico de inflação se não entendemos a física dela?

Além da escala de Planck

Talvez a resposta seja: nunca conseguiremos. Esse conceito é chamado de Conjectura de Censura trans-Planckiana, ou TCC (na sigla em inglês). Neste nome, “trans-Planckiana” significa qualquer coisa que abaixo do comprimento de Planck).

Robert Brandenberger, um cosmólogo teórico suíço-canadense e professor da Universidade McGill em Montreal, Canadá, escreveu recentemente uma revisão da TCC. Segundo Brandenberger, “a TCC é um novo princípio que restringe cosmologias viáveis”. Em sua opinião, a TCC implica que qualquer observador em nosso mundo em grande escala nunca pode “ver” o que acontece na pequena escala trans-Planckiana. Mesmo que tivéssemos uma teoria da gravidade quântica, a TCC afirma que qualquer coisa que viva no regime sub-Planckiano nunca “atravessará” para o mundo macroscópico. Quanto ao que a TCC pode significar para modelos de inflação, infelizmente não é uma boa notícia.

A maioria das teorias da inflação dependem de uma técnica conhecida como “teoria de campo eficaz”. Como não temos uma teoria que unifique a física em alta energia e pequenas escalas (também conhecidas como inflação), os físicos tentam construir versões de baixa energia para progredir. Mas, sob a TCC, esse tipo de estratégia não funciona, porque quando a usamos para construir modelos de inflação, o processo de inflação acontece tão rapidamente que “expõe” o regime sub-Planckiano à observação macroscópica, disse Brandenberger.

Com essa questão, alguns físicos se perguntam se devemos adotar uma abordagem completamente diferente sobre o universo primitivo.

Saindo do pântano

Cosmologia de corda de gás é uma possível abordagem para modelar o universo primitivo sob a teoria das cordas, que é em si um candidato esperançoso para uma teoria unificada da física que traz a física clássica e quântica sob o mesmo teto. No modelo de corda de gás, o universo nunca passa por um período de inflação rápida. Em vez disso, o período de inflação é muito mais suave e lento, e flutuações abaixo do comprimento de Planck nunca são “expostas” ao universo macroscópico. A física abaixo da escala de Planck nunca cresce para se tornar observável, e assim a TCC foi satisfeita. No entanto, os modelos corda de gas ainda não têm detalhes suficientes para que sejam realizados testes contra as evidências observáveis da inflação no universo.

A TCC está relacionada a outro ponto de atrito entre a inflação e teorias da física unificada, como a Teoria das Cordas. A teoria das cordas prevê um enorme número de universos potenciais, dos quais nosso cosmos particular (com seu conjunto de forças e partículas e o resto da física) representa apenas um. Parece que a maioria (se não todos) modelos de inflação são incompatíveis com a teoria das cordas em um nível básico. Em vez disso, eles pertencem ao que os teóricos das cordas chamaram de “pântano”: a região de possíveis universos que simplesmente não são fisicamente realistas.

A TCC pode ser uma expressão da rejeição da inflação.

Ainda pode ser possível construir um modelo tradicional de inflação que satisfaça a TCC (e sobreviva fora do pântano da Teoria das Cordas); mas se a TCC é real, isso limita severamente os tipos de modelos que os físicos podem construir. Se a inflação conseguir proceder por um curto período de tempo (imagine inflar uma bexiga lentamente e parar antes dele estourar), enquanto ainda planta as sementes que um dia crescerão para serem estruturas massivas, a teoria da inflação pode funcionar.

No momento, a TCC não está provado, é apenas uma conjectura. Ela se alinha com outras idéias da Teoria das Cordas, mas a teoria das cordas também não é comprovada (na verdade, a teoria ainda não está completa e nem sequer é capaz de fazer previsões). Mas ainda assim, ideias como esta são úteis, porque os físicos fundamentalmente não entendem a inflação, e qualquer coisa que possa ajudar a aguçar esse pensamento é bem-vinda. [Space]

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