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O que fazia Deus
antes da criação do mundo? O filósofo e escritor ( e, mais
tarde, santo) Agostinho levantou essa questão nas suas
"Confissões", no
século quatro, e encontrou uma resposta surpreendentemente moderna:
antes de Deus ter criado o mundo não havia tempo e, portanto, nenhum
"antes". Parafraseando Gertrude Stein, não havia
"então".
Até recentemente
ninguém seria capaz de, ao assistir a uma palestra sobre
astronomia, formular a versão moderna da questão de Agostinho - o
que
aconteceu antes do Big Bang? -, sem receber a mesma resposta
frustrante, uma cortesia da teoria da relatividade geral de Albert
Einstein, que descreve como a matéria e a energia distorcem o espaço
e o tempo.
Se imaginarmos que o
universo está encolhendo de volta no tempo, como se fosse um filme
rodado ao contrário, a densidade da matéria e da energia
aumentaria até o infinito conforme nos aproximássemos do momento da
sua
origem. Os computadores soltariam fumaça e o espaço e o tempo se
dissolveriam em uma "espuma quântica". "Os nossos
relógios e réguas se
quebrariam", explica Andrei Linde, cosmologista da Universidade
de Stanford. "Perguntar o que havia antes desse momento seria uma
contradição".
Mais tarde, porém,
encorajado pelo progresso feito em novas teorias que
procuram unificar o reino altaneiro de Einstein com as imprevisíveis
leis
quânticas que governam a física subatômica - a chamada gravidade
quântica - Linde e os seus colegas começaram a refinar as suas
especulações, chegando cada vez mais perto do momento da criação
e, em certos casos, indo além dele.
Alguns teóricos
sugerem que o Big Bang não foi exatamente um nascimento, mas sim uma
transição, um "salto quântico" a partir de uma era
informe de tempo imaginário. Ou mesmo que esse salto se deu a partir
do nada. Outros cientistas estão investigando modelos nos quais a
história cósmica começa a partir de uma colisão com um universo de
outra dimensão.
Toda essa
especulação teórica ganhou fôlego devido a notícias recentes
sobre a ocorrência de ondas em uma difusa radiação existente no
espaço, que se acredita que sejam remanescentes da bola de fogo
primordial do Big Bang. Essas ondas são consistentes com uma teoria
popular, conhecida como inflação cósmica, segundo a qual o universo
sofreu uma aceleração súbita da sua expansão sob a influência de
uma violenta força antigravitacional, quando tinha a idade de apenas
frações de frações de um nanosegundo. Essas ondas fornecem,
portanto, uma baliza útil para a imaginação dos teóricos. Segundo
os cosmologistas, qualquer teoria sobre as origens cósmicas que não
explique esse fenômeno tem poucas chances de ser correta.
Felizmente (ou
infelizmente), isso ainda deixa espaço para várias outras
possibilidades.
"Se a inflação
foi a dinamite que causou o Big Bang, ainda estamos
procurando pelo palito de fósforo", diz Michael Turner,
cosmologista da
Universidade de Chicago. O único ponto com que todos os especialistas
concordam é com o fato de que nenhuma idéia relativa à origem do
Big Bang funcionou - pelo menos até o momento.Turner compara os
cosmologistas a músicos de jazz coletando temas que parecem soar bem
para um trabalho em andamento: "Você ouve algo e diz, 'Ah, sim,
quero que isso faça parte do trabalho final'".
Uma resposta para
aqueles que perguntam o que ocorreu antes do Big Bang é a afirmação
de que isso não importa, já que trata-se de algo que não afeta o
estado atual do universo. De acordo com a teoria conhecida como
"inflação eterna", lançada por Linde em 1986, aquilo que
sabemos sobre o Big Bang é apenas uma parte, dentre várias, que
formam uma reação em cadeia de big bangs, por meio da qual o
universo se reproduz e se reinventa eternamente. "Qualquer ponto
particular do universo pode morrer, e provavelmente morrerá, mas o
universo, tomado como um todo, é imortal", afirma Linde.
A teoria de Linde é
uma modificação da teoria da inflação proposta em 1980 pelo
físico Alan Guth. Ele considerou o que aconteceria se, quando o
universo estivesse esfriando durante os seus primeiros momentos,
marcados por um calor violento, um campo de energia, conhecido como
Campo de Higgs, que interage com as partículas para lhes conferir
massa, fosse, de alguma forma, incapaz de liberar a sua energia por um
breve momento.
O físico concluiu
que o espaço seria tomado por uma espécie de energia latente que
empurraria o universo violentamente para todas as direções,
dilacerando-o. Em um espaço de tempo infinitesimal, o universo
dobraria de
tamanho por cerca de sessenta vezes, até que o Campo de Higgs
liberasse a sua energia e preenchesse o universo super-acelerado com
partículas quentes. A partir daí começaria a história do Cosmo.
Os cosmologistas
apreciam a teoria da inflação porque tal aceleração teria
suavizado qualquer irregularidade gritante proveniente do cosmo
primordial,
deixando-o homogêneo e geometricamente achatado. Além do mais, a
inflação teria permitido que o cosmo se expandisse a partir de uma
quase nulidade, o que fez com que Guth apelidasse o universo de
"a maior das bocas livres".
Cálculos
subseqüentes descartaram o Campo de Higgs como agente causador da
inflação, mas existem outros candidatos que causariam o mesmo
efeito. E o mais importante é que, de uma perspectiva "pré-Big
Bang", uma bolha inflacionária poderia ter criado outra, que por
sua vez formaria uma outra. Na verdade, cada bolha seria um novo big
bang, um novo universo com diferentes características e talvez até
mesmo com diferentes dimensões. O nosso universo seria meramente um
dentre vários.
"Caso se inicie,
esse processo pode prosseguir para sempre", explica Linde.
"Ele pode ocorrer neste momento, em alguma parte do
universo".
O maior dos universos
concebidos pela inflação eterna é tão inimaginavelmente grande,
caótico e variado que a questão da sua origem se torna
quase que irrelevante. Para cosmólogos como Guth e Linde, é isso
exatamente que a teoria possui de mais atraente.
"A inflação
caótica nos permite explicar o nosso mundo sem ter que assumir por
exemplo que houve uma criação simultânea de todo o universo a
partir do nada", afirma Linde.
A despeito disso, a
maior parte dos cosmologistas, incluindo Guth e Linde,
concorda com a idéia de que o universo tenha se originado de algo, e
que o nada não é o candidato principal para ser o ponto de partida
do cosmo.
Como resultado, uma
outra proposta popular entre os cosmologistas é a da
teoria quântica. Segundo o princípio da incerteza de Heisenberg, um
dos
pilares desse mundo paradoxal, o espaço vazio nunca pode ser
considerado
como sendo realmente vazio. Partículas subatômicas são capazes de
surgir e desaparecer a partir de campos energéticos. Por mais
estranha que essa idéia possa parecer, os efeitos dessas flutuações
quânticas foram observados em átomos. E flutuações similares
ocorridas durante a inflação devem ter produzido as sementes em
torno das quais as galáxias de hoje se formaram.
Poderia o universo,
da mesma forma, ser o resultado de uma flutuação
quântica ocorrida em alguma forma de "nada" primordial ou
eterno? Talvez,
como sugere Turner, "O nada seja instável".
Os problemas
filosóficos que afligem a mecânica quântica comum são
amplificados pela chamada cosmologia quântica. Por exemplo, Linde
aponta o problema do ovo e da galinha. O que surgiu primeiro: o
universo ou a lei que o governa? Ou, conforme ele coloca a questão,
"Se não havia uma lei, como foi que o universo surgiu?".
Uma das primeiras
tentativas para se imaginar o nada como a fonte de tudo ocorreu em
1965, quando John Wheeler e Bryce De Witt, que hoje trabalham na
Universidade do Texas, escreveram uma equação que combinava a teoria
da relatividade geral e a teoria quântica. Desde então, os
cientistas teóricos têm discutido incessantemente essa equação.
A equação
Wheeler-De Witt parece se referir àquilo que os físicos costumam
chamar de "super-espaço", uma espécie de agrupamento
matemático de todos os universos possíveis. Aqueles que existem por
apenas cinco minutos, antes de entrarem em colapso, formando buracos
negros; os que são repletos de estrelas vermelhas, e que existem por
toda a eternidade; aqueles cheios de vida; os que são completamente
desertos; e aqueles nos quais as constantes físicas e talvez até o
número de dimensões sejam diferentes daqueles do nosso universo.
Segundo a mecânica
quântica comum, um elétron pode ser imaginado como
estando distribuído por todo o espaço, até o momento em que é
mensurado e observado, quando fica determinada a sua localização
específica. Da mesma forma, o nosso universo também se distribuiria
por todo o super-espaço, até que, de alguma forma, pudesse ser
observado um sistema de qualidades e de leis. Isso dá margem a mais
uma das grandes questões. Já que ninguém pode sair do universo,
quem o estaria observando?
Wheeler sugere que
uma resposta para essa questão seria afirmar que os
observadores seríamos nós mesmos, agindo por meio de uma
observação
mecânica-quântica. Ele denomina esse processo de "gênese pela
observação".
"O passado é
teoria", escreveu o cientista. "Ele não possui existência,
exceto nos registros do presente. Nós somos participantes, no nível
microscópico, da confecção do passado, bem como do presente e do
futuro". De fato, a resposta de Wheeler para Santo Agostinho é
que nós, coletivamente, somos Deus, e estamos incessantemente criando
o universo.
Uma outra opção,
que possui muitos adeptos entre os cosmologistas, é a
chamada "interpretação dos vários mundos", que afirma que
todos esses
possíveis universos realmente existem. Por acaso nós estaríamos
vivendo em um universo cujos atributos seriam favoráveis à nossa
existência.
Mas um outro
mistério embutido na equação Wheeler-De Witt é o fato de ela não
fazer menção ao tempo. No super-espaço, tudo ocorre uma vez e
definitivamente, o que leva alguns físicos a questionar o papel do
tempo nas leis fundamentais da natureza. No seu livro, "The End
of Time" (O Fim do Tempo), cuja publicação foi feita de forma a
coincidir com a passagem do milênio, Julian Barbour, um físico
independente que foi aluno de Einstein na Inglaterra, argumenta que o
universo consiste de uma pilha de momentos, como cartas de um baralho,
que podem ser embaralhados e reembaralhados de forma arbitrária, de
forma a fornecer a ilusão de que existe tempo e história.
O Big Bang seria
apenas uma outra carta no baralho, juntamente com todos os outros
momentos. Um passado eterno do universo. "A imortalidade está
aqui", escreve ele no livro. "A nossa tarefa é
reconhece-la".
Carlo Rovelli, um
teórico especializado em gravidade quântica, da
Universidade de Pittsburgh, afirma que a equação Wheeler-De Witt
também não menciona o espaço, sugerindo que, tanto o espaço quanto
o tempo podem ser os artefatos de algo mais profundo. "Se
levarmos a sério a teoria da relatividade", diz ele, "temos
que aprender a fazer a abordagem da física sem espaço e sem tempo,
na teoria fundamental".
Embora admitindo que
não são capazes de responder a essas questões
filosóficas, alguns teóricos se comprometeram a tentar imaginar a
criação
quântica com um rigor matemático.
Alexander Vilenkin,
físico da Universidade Tufts, em Somerville,
Massachusetts, comparou o universo a uma panela de água fervente.
Assim como acontece na água, somente bolhas de um determinado tamanho
perduram e se expandem. As menores desaparecem. Assim, ao ser criado,
o universo tem que saltar de um estado onde não há dimensão - um
espaço de raio zero, "sem espaço e tempo" - para um outro
onde o raio seja suficiente para que a inflação controle os
acontecimentos, sem no entanto passar por estágios intermediários de
tamanho. Um processo mecânico quântico conhecido como "tunneling".
Stephen Hawking, o
cosmologista da Universidade de Cambridge e autor de
best-sellers, descartaria completamente a teoria do salto quântico.
Nos
últimos vinte anos, ele e os seus colaboradores têm trabalhado no
que
Hawking chama de "proposta sem limites". "O limite do
universo é o fato de
ele não ter limites", gosta de dizer o cosmologista.
Uma das chaves para a
abordagem de Hawking é a substituição do tempo, nas suas
equações, por um conceito matemático chamado de tempo imaginário.
Essa técnica é normalmente utilizada nos cálculos relativos aos
buracos negros e em certos campos da física de partículas, mas a sua
aplicação à cosmologia é controversa.
O universo, até o
momento da sua origem, é representado por um objeto
matemático de forma cônica, conhecido como "instanton",
que possui quatro dimensões espaciais (com o formato aproximado de
uma esfera amassada) ao final do Big Bang e que, a seguir, passa a
existir no tempo real e começa a se inflacionar. "Na verdade,
ele sofre uma espécie de explosão, formando um universo
infinito", diz Neil Turok, que também trabalha na Universidade
de Cambridge. "Todos os eventos do futuro estão determinados.
Tudo está implícito no instanton".
Infelizmente, o
significado físico do tempo imaginário não é claro. Além
disso, essa abordagem termina por levar a um universo que é muito
menos
denso do que o real.
Mas qualquer
progresso real em se discernir os detalhes do salto da
eternidade para o tempo, segundo os cosmologistas, terá que esperar
pela
formulação de uma teoria unificada da gravidade quântica que
obtenha êxito em conjugar a relatividade geral einsteiniana com a
mecânica quântica. Duas visões do mundo, uma descrevendo o
espaço-tempo, curvo e contínuo, e a outra um mundo descontínuo e
aleatório. Essas duas escolas travam uma guerra matemática e
filosófica há quase um século. Tal teoria seria capaz de lidar com
o universo durante a fúria do Big Bang, quando até mesmo o espaço e
o tempo teriam que se submeter ao princípio da incerteza, tornando-se
aleatórios e descontínuos.
Nos últimos anos,
vários físicos tem depositado as suas esperanças com
relação à gravidade quântica na teoria das cordas, um esforço
matemático em andamento que se constitui em um verdadeiro labirinto
de idéias, tentando representar a natureza como sendo formada de
pequenas cordas onduladas ou membranas vibrando em 10 ou 11
dimensões.
A princípio, a
teoria das cordas poderia explicar todas as forças conhecidas
(e desconhecidas) da natureza. Na prática, os adeptos da teoria das
cordas admitem que até mesmo as suas equações são apenas
aproximações. Os físicos que não são especialistas dessa área
reclamam de que os efeitos da "física das cordas"
ocorreriam em níveis de energia tão elevados que não há a menor
esperanças de que se possa testa-los nos aceleradores de partículas
atuais. Portanto, os teóricos estão se aventurando pelos campos da
cosmologia, em parte porque esperam descobrir algum efeito
observável.
O Big Bang é um alvo
óbvio. Um mundo feito de pequenas voltas possui um
tamanho mínimo. Ele não pode encolher de forma a ficar menor do que
as
voltas das cordas. Essa idéia foi proposta por Robert Brandenberger,
em
1989. Segundo o cientista da Brown University, ao se usar equações
de cordas para imaginar o espaço encolhendo e ficando menor do que
determinada dimensão, o universo se comportaria como se estivesse
aumentando de tamanho. "É como se ele estivesse saltitando,
após um período de colapso".
Segundo essa visão,
o Big Bang estaria mais para uma transformação, como o gelo que se
derrete, formando a água, do que para um nascimento. Linde afirma que
"essa é uma idéia interessante, que deve ser explorada".
"Talvez houvesse espécies diferentes de espaço e de tempo antes
do Big Bang. Talvez o universo seja eterno", diz Linde.
"Talvez ele apenas mude de fase. Será que ele é formado do
Nada? Ou seria uma transição de fase? Essas perguntas se aproximam
muito das questões religiosas".
O trabalho do
Brandenberger e Vafa também explica porque vemos apenas três das
nove ou dez dimensões espaciais existentes, segundo a teoria das
cordas. No início dos tempos as cordas poderiam se enrolar em volta
do espaço e estrangular a maior parte das dimensões espaciais,
impedindo-as de crescer.
Nos últimos anos, os
estudiosos da teoria das cordas ficaram eufóricos
devido à descoberta de que a teoria admite a existência de membranas
de
várias dimensões. Além do mais eles começaram a explorar a
possibilidade de que pelo menos uma dessas dimensões extras exista em
uma escala de pelo menos um milímetro, o que é uma enormidade em se
tratando de física de cordas. Nessa nova cosmologia, o nosso mundo
seria uma ilha tridimensional, ou uma membrana flutuando em um espaço
de cinco dimensões, como se fosse uma folha de árvore boiando em um
tanque de peixes. Outras membranas poderiam estar flutuando ao lado.
Partículas como quarks e elétrons e forças como o eletromagnetismo
estariam aprisionadas na membrana, mas a gravidade não. Portanto,
esses mundos-membranas exerceriam atração gravitacional uns sobre os
outros.
"A uma fração
de milímetro de nós está um outro universo", diz Linde.
"Ele
pode estar lá. Isso pode ser o fator determinante do universo em que
vivemos".
Esse outro universo
poderia ocasionar, ele próprio, a criação, segundo
várias teorias recentes. Uma delas, chamada de "Branefall",
foi desenvolvida em 1998 por Georgi Dvali, da Universidade de Nova
York, e por Henry Tye, de Cornell. Nessa teoria, o universo emerge do
seu estado quanticamente informe como um emaranhado de cordas e
membranas frias e vazias. Se, no entanto, existir uma lacuna entre as
membranas em algum ponto, elas começam a despencar em conjunto.
Segundo Dvali, cada
membrana experimentaria o envolvente campo gravitacional das outras
membranas como se fosse um campo energético do seu próprio espaço
tridimensional e começaria a se inflacionar rapidamente, dobrando de
tamanho por mais de mil vezes durante o período decorrido para que as
membranas caíssem em conjunto. "Se houvesse pelo menos uma
região na qual as membranas fossem paralelas, essas regiões
iniciariam um enorme processo de expansão, enquanto que outras
regiões iriam encolher e entrar em colapso", afirma Dvali.
Quando as membranas
finalmente colidissem, a sua energia seria liberada e o universo se
aqueceria, enchendo-se de matéria e de calor, como ocorre com o Big
Bang tradicional.
Nesta primavera,
quatro físicos propuseram um tipo diferente de choque de
membranas que, segundo eles, poderia eliminar a necessidade da
inflação, a peça fundamental da teoria do Big Bang, há 20 anos.
Paul Steinhardt, um dos pais da teoria da inflação, e o seu aluno,
Justin Khoury, ambos de
Princeton, Burt Ovrut, da Universidade da Pensilvânia e Turok, chamam
isso
de "universo ekpyrótico", um termo derivado da palavra
grega "ekpyrosis",
que denota a morte violenta e o renascimento do mundo, segundo a
filosofia estóica.
O processo
ekpirótico teria começado nas profundezas de um passado
indefinido, com um par de membranas achatadas e vazias, paralelas, e
localizadas em um espaço destorcido pentadimensional. Uma situação
que,
segundo eles, representa a solução mais simples para as equações
de Einstein em uma versão avançada da teoria das cordas. Os autores
acham que o fato de não terem assumido nenhum efeito extra, que já
não exista na teoria, é um ponto que conta a seu favor.
"Portanto, estamos propondo um modelo potencialmente realista de
cosmologia", escreveram eles em um trabalho.
As duas membranas,
que formam paredes da quinta dimensão, poderiam surgir do nada, como
uma flutuação quântica em um passado ainda mais distante, e depois
se separarem.
Em determinado
momento, talvez quando as membranas tivessem atingido uma distância
crítica, uma terceira membrana poderia ter se destacado de outra e
começado a cair em direção à nossa. Durante a sua longa jornada,
as flutuações quânticas causariam ondulações na superfície da
membrana, e essas ondas imprimiriam as sementes das futuras galáxias
por toda a nossa membrana no momento da colisão. Steinhardt expôs
essa teoria em uma conferência astronômica em Baltimore, em abril.
Nas semanas
subseqüentes o universo ekpyrótico foi bastante discutido.
Alguns cosmologistas, especialmente Linde, argumentaram que ao exigir
membranas perfeitamente achatadas e paralelas, o universo ekpyrótico
requer uma calibragem excessiva.
Em uma crítica,
Linde e os seus colegas sugeriram uma modificação que
chamaram de "universo pirotécnico".
Steinhardt admite que
o modelo ekpirótico começou a partir de uma condição muito
específica, porém lógica. O importante, segundo ele, foi verificar
se o universo poderia ter surgido a partir de um estado muito antigo e
quase estável, "extremamente diferente do modelo
inflacionário". A resposta foi positiva. O seu colaborador,
Turok, afirmou, além disso, que a inflação também requer uma
calibragem para que possa ter produzido o universo moderno, e os
físicos ainda não sabem qual foi o campo que realmente o criou.
"Até que
tenhamos solucionado o problema da gravidade quântica e conectado a
teoria das cordas com a física de partículas, nenhum de nós poderá
cantar vitória", afirma Turok.
Enquanto isso, Santo
Agostinho dorme em paz.
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