Universo veio do nada, dizem físicos

O mundo da cosmologia foi abalado no mês passado pelo bombástico anúncio de que um experimento americano havia detectado confirmação da expansão violenta do Universo após o Big Bang — um processo que teria acontecido no primeiro bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de segundo após o nascimento do cosmos. Agora, um trio de físicos chineses diz que pode explicar o instante inicial, o momento exato do surgimento do Universo. E o cosmos inteiro, tudo que existe, teria nascido do nada. É isso mesmo. Do nada. Deixe essa conclusão assentar por alguns segundos, porque é de abalar todas as estruturas. Agora, vamos qualificar essa ideia. Nem é preciso dizer que se trata de uma afirmação para lá de controversa. Como a expansão inicial — chamada de inflação cósmica — teria “apagado” qualquer sinal de algo que aconteceu naquela minúscula fração de segundo antes dela, não existe esperança de encontrar confirmação observacional deste fato. Por outro lado, é exatamente a conclusão a que você chega quando aplica a mecânica quântica ao estudo da origem do Universo. E não existe na física uma teoria mais testada e retestada que essa. Todos os nossos estudos da física de partículas — incluindo a recente descoberta do bóson de Higgs, tão celebrada — confirmam sua solidez.

VÁCUO EM TERMOS - Há tempos os cientistas já sabem que o que chamamos de vácuo não é realmente a ausência completa de tudo. Isso porque a mecânica quântica nos confronta com uma ideia muito maluca: coisas podem existir e não existir ao mesmo tempo. Todas as partículas são, na verdade, ondas de probabilidade. Isso significa que no vácuo, a cada dado momento, existe uma probabilidade não-nula (ou seja, maior que zero) de que uma partícula esteja ali. E tudo bem, contanto que essa partícula só exista por uma minúscula fração de segundo antes de ser destruída, preservando assim um dos pilares da física, que é a lei de conservação de matéria/energia do Universo. É a proibição do almoço grátis, que se manifesta da seguinte maneira: a cada vez que a lei das probabilidades faz o vácuo gerar partículas, elas nascem aos pares, que logo se aniquilam e desaparecem. Por essa razão, elas são chamadas pelos físicos de partículas virtuais.

Disso tiramos duas conclusões importantes. A primeira: não existe nada de mágico no surgimento de partículas a partir do nada — o vácuo faz isso o tempo todo. E a segunda: como essas partículas em geral desaparecem numa mínima fração de segundo, isso tem efeito zero no total de energia no cosmos. É bom lembrar que as partículas virtuais são mais que uma hipótese. Elas são confirmadas, por exemplo, nas colisões promovidas no LHC. Ninguém duvida que o vácuo possa parir coisas do nada. Há demonstração experimental desse fato. E por isso a ideia de que o Universo nasceu do nada sempre foi atraente para os cientistas. Outra alternativa seria supor que o Universo nasceu de outro Universo, mas isso só transfere a pergunta deste para a encarnação cósmica anterior. Uma terceira opção, menos favorecida pelos físicos, é a de que um Criador teria concebido o cosmos, 13,8 bilhões de anos atrás. Naturalmente, não é a favorita da maioria dos cientistas, e nem é por desgostarem das religiões. O problema aí é que, quando você evoca Deus para explicar alguma coisa, a ciência termina.

Não há como testar essa hipótese — nem por matemática, nem por observação. É um beco sem saída do ponto de vista científico. (Não quer dizer que não seja verdade; só quer dizer que a ciência jamais pode chegar a essa conclusão, por definição. E a atitude de dispensar Deus das explicações tem sido recompensadora para os cientistas durante séculos — pelo menos desde que eles decidiram que trovões não eram manifestações de uma divindade furiosa.) Pois bem. Por essas razões todas, a noção de que o Universo nasceu do nada é atraente. Mas ninguém havia apresentado uma prova matemática rigorosa de que podia funcionar deste modo. Até agora.

AFIRMAÇÃO EXTRAORDINÁRIA - “Neste trabalho, nós apresentamos esta prova, baseados nas soluções analíticas da equação de Wheeler-DeWitt”, afirmam corajosamente Dongshan He, Dongfeng Gao e Qing-yu Cai, físicos da Academia Chinesa de Ciências, num artigo recém-publicado na rigorosa revista científica “Physical Review D”. O título do trabalho? “Criação espontânea do Universo a partir do nada.” A tal equação mencionada é um instrumento importante que está sendo usado no desenvolvimento das teorias de gravidade quântica — uma tentativa de reunir a relatividade geral (que descreve a gravidade) e a mecânica quântica (que explica todo o resto) no mesmo balaio. Ninguém sabe ainda qual versão dessas teorias vingará, mas aproximações ocasionais são possíveis. É o caso aqui.

Seguindo rigorosamente a matemática, os pesquisadores concluem que, a partir de flutuações quânticas de um “falso vácuo metaestável”, um desfecho natural é a criação de uma pequena bolha de vácuo verdadeiro, que então infla agressivamente por uma fração de segundo e então para, exatamente como previsto e confirmado nas observações que temos à disposição. OK, para tudo. Meu reflexo aqui foi: bacana, mas que diabos é um “falso vácuo metaestável”, o suposto fabricante do Universo? Perguntei a Qing-yu Cai, e ele me explicou que é chamado de falso porque ele teria mais energia do que a presente num vácuo verdadeiro (embora ainda fosse vácuo), e metaestável porque é um estado que não se sustenta por muito tempo. “Ele pode decair para um estado de vácuo verdadeiro por flutuações quânticas”, afirma Qing-yu Cai.

 “No artigo, demonstramos que uma vez que uma pequena bolha de vácuo verdadeiro seja criada por flutuações quânticas de um falso vácuo metaestável, ela pode expandir exponencialmente. Quando a pequena bolha de vácuo verdadeiro se torna grande, a expansão exponencial termina, e o Universo-bebê aparece. Incrível, não é? Mas ainda falta uma coisinha. Descobrimos aí de onde veio o espaço-tempo que habitamos — é a tal pequena bolha de vácuo verdadeiro que se expandiu durante o período de inflação cósmica. Mas não está faltando alguma coisa, não? E toda a matéria do Universo? Sem ela, isso aqui não teria a menor graça. De onde ela pode ter vindo?

Os pesquisadores explicam isso de maneira graciosa ao final de seu artigo. E a chave está nas partículas virtuais, que já mencionamos anteriormente. Veja o que eles dizem:

“Em razão do princípio da incerteza de Heisenberg, deve haver pares de partículas virtuais criadas por flutuações quânticas. Falando de maneira geral, um par de partículas virtuais irá se aniquilar logo após seu nasicmento. Mas duas partículas virtuais de um par podem ser separadas imediatamente antes da aniquilação pela expansão exponencial da bolha. Logo, haveria uma grande quantidade de partículas reais criadas conforme a bolha de vácuo se expande exponencialmente.”

ou seja, a expansão súbita (lembre-se, por uma mínima escala de tempo, o Universo cresceu mais depressa que a velocidade da luz!) converteria os pares de partículas virtuais em reais, ao separá-las e levá-las a cantos opostos do cosmos. Eis aí a matéria-prima para tudo que existe, inclusive você e eu. Vamos combinar que pode até não ser verdade, mas é uma história convincente e bem fundamentada.

E O FUTURO? - Ao navegar por essas águas complicadas, contudo, o Mensageiro Sideral ficou com uma preocupação. Se o vácuo pode parir um Universo inteiro do nada, quem garante que não vai acontecer agora, neste instante, e rasgar o nosso espaço-tempo em favor desse novo bebê cósmico? Perguntei a Qing-yu Cai, mas ele me tranquilizou. Quando a bolha de vácuo se torna suficientemente grande, seu potencial quântico que é tal que a energia para expansão exponencial será muito pequena, e portanto a expansão exponencial irá parar. O escalar do vácuo atual é muito grande, e seu potencial quântico é negligenciável”, disse. “Na minha opinião, se o espaço pudesse ser dividido em pequenas partes diferentes, isso iria rasgar o nosso Universo. Mas o espaço-tempo é um todo, não pode ser separado arbitrariamente. Isso impede nosso vácuo atual de passar por esse processo de novo.” Ótima notícia. Seja lá qual for sua crença a respeito da origem do Universo, todas as alternativas apontam para o fato de que ele foi feito para durar.

Fonte: Mensageiro Sideral