Será que todo o Universo vem do nada?, Richard Yonck (16/5/2014)

A expansão do Universo (Fonte NASA)

Em março, uma equipe de investigadores, com base na Antárctida, anunci0u que tinha detectado ondas gravitacionais, ecos fracos desde os primeiros momentos do Big Bang. Esta descoberta tem enormes implicações para a cosmologia, o mundo da física e até mesmo a nossa compreensão do futuro do nosso universo. meu post recente sobre o projeto BICEP2 explorado alguns deles, como é que o meu próximo artigo sobre a inflação cósmica na edição de julho-agosto de O futurista .

Esses escritos levaram-me a pensar em relação as origens do nosso universo. Invariavelmente, ao explicar a evolução inicial do cosmos, uma questão particular sempre vem à tona: de onde vem a singularidade que começou o Big Bang? Por algum tempo, muitos físicos e cosmólogos têm dito que poderia ser possível que o nosso universo tivesse realmente começado a partir do nada - por tão agressivo e contraditório que isso pareça. Mas sem prova esta parece ser uma declaração de fé, impossível de provar ou refutar e, portanto, fora do alcance da verdadeira discussão científica. Desde que Popper, que já disse que a falsiabilidade é a demarcação entre o que é científico e o que não é, que parecia que este pode ser o ponto em que o método científico teria que dar lugar às histórias de origem do mito.

Ou talvez não.

No mês passado vi um artigo que pode ser tão importante para a nossa compreensão do Big Bang como foi a detecção de ondas gravitacionais. A equipe do Instituto Wuhan de Física e Matemática na China fez a primeira e rigorosa prova matemática de que o Big Bang poderia ter sido gerado espontaneamente do nada . A equipe de Wuhan, liderada por Qing Yu-Cai, desenvolveu novas soluções para a equação de Wheeler-DeWitt , que procurou combinar a mecânica quântica e a relatividade geral em meados da última década do século XX.

Um mapa da radiação cósmica de fundo em microondas. (Fonte: NASA)

De acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg, as flutuações quânticas no vácuo falso metaestável - um estado ausente do espaço, tempo ou matéria - pode dar origem a pares de partículas virtuais. Normalmente esses pares  auto-aniquilam-se quase que instantaneamente, mas se estas partículas virtuais se separarem imediatamente, eles podem evitar a aniquilação, a criação de uma verdadeira bolha de vácuo. Equações da equipe Wuhan mostram que uma tal bolha tem o potencial de se expandir exponencialmente, fazendo com que um novo universo viesse a aparecer. Tudo isso começa a partir do comportamento quântico e leva à criação de uma enorme quantidade de matéria e energia durante a fase de inflação. (Note que, como indicado neste artigo, o falso vácuo metaestável não tem "nem matéria nem espaço nem tempo", mas é uma forma de função de onda conhecida como "potencial quântico". Enquanto a maioria de nós não estaria inclinado a chamar " nada" a isso  os físicos referem-se a ele como tal.)

Esta descrição do crescimento exponencial de uma verdadeira bolha de vácuo corresponde directamente ao período de inflação cósmica resultante do Big Bang. De acordo com esta prova, a bolha até pára em expansão - ou então  pode continuar a expandir-se  a uma velocidade constante - uma vez que atinge um determinado tamanho.No entanto, esta é uma versão muito diferente da inflação proposta por Guth, Linde e outros, na medida em que não depende de campos escalares, apenas de efeitos quânticos. Ainda assim, este trabalho  encaixa-se bem com o da equipe BICEP2. Ambas as descobertas têm implicações significativas para a nossa compreensão do universo e do nosso futuro e devem resistir a um averiguação complementar.

Um mapa da radiação cósmica de fundo em microondas. (Fonte: Agência Espacial Europeia)

Dado o comportamento quântico de partículas virtuais no vácuo que propõe este trabalho, é razoável supor que isso não tenha aconteceido uma só vez, mas muitas ou potencialmente um número infinito de vezes. A idéia de uma infinidade de multiversos sendo gerados por processos semelhantes aos que deram origem ao nosso universo não é novo. Mas esta é a primeira vez que nós realmente identificamos os mecanismos que possam ter estado envolvidos. Ao discutir isso com um dos autores, Qing Yu Cai, ele disse-nos que acha que o seu trabalho "apoia o conceito de multiverso." Se este processo resultasse nas mesmas leis físicas exatas que vemos em nosso próprio universo,  continuaria a ser determinado, uma vez que de acordo com estas equações apenas condições limitadas poderiam originar uma bolha de vácuo de verdadeira expansão exponencial.

Outra idéia que fpoi discutida no passado é  se nós mesmnos poderíamos criar novos universos ou não, talvez usando algo como o Large Hadron Collider (LHC). No entanto, como Qing-yu Cai observou, "o espaço-tempo do nosso universo é um todo, não pode ser dividido em pequenas partes arbitrariamente, mesmo em LHC." Portanto, "parece impossível criar novos universos a partir de nós mesmos."

Em última análise, esta prova matemática precisa ser verificada por outros e, de preferência ser submetida a alguns testes ainda a ser determinados. No final, o trabalho pode ou não ser aceite. Isto é, apesar de tudo, a forma como o método científico funciona. Mas, se essa prova   resistir a uma análise, ela vai certamente dar-nos consideráveis ​​novas aproximações aos mecanismos que deram origem ao nosso universo. A notícia deste mês passado demonstra que o campo da cosmologia permanece fervilhante de novas idéias e descobertas que estão a ser feitas regularmente. O nosso universo e o da física na sua fundação são incrivelmente complexos e vão continuar a produzir novos conhecimentos sobre o nosso passado, presente e futuro por muito e muito tempo. Talvez até o fim dos tempos.