Como era o universo antes do Big Bang?:azar ao jogo

Ou não? Estranhamente, alguns cosmólogos acreditam que um universo anterior, frio, escuro e vazio, como aquele que estáazar ao jogonosso futuro distante, poderia ter sido a fonteazar ao jogonosso próprio Big Bang.

A primeira matéria

Mas antesazar ao jogochegarmos a isso, vamos dar uma olhadaazar ao jogocomo "material" - matéria física - surgiu pela primeira vez.

Se pretendemos explicar as origens da matéria estável feitaazar ao jogoátomos ou moléculas, certamente não havia nada disso por volta do Big Bang — nem por centenasazar ao jogomilharesazar ao jogoanos depois. Na verdade, temos uma compreensão bastante detalhadaazar ao jogocomo os primeiros átomos se formaram a partirazar ao jogopartículas mais simples, uma vez que as condições esfriaram o suficiente para que a matéria complexa se tornasse estável, e como esses átomos foram posteriormente fundidosazar ao jogoelementos mais pesados ​​dentro das estrelas. Mas esse entendimento não aborda a questãoazar ao jogosaber se algo veio do nada.

Então, vamos pensar um pouco mais para trás. As primeiras partículasazar ao jogomatériaazar ao jogovida longaazar ao jogoqualquer tipo foram prótons e nêutrons, que juntos formam o núcleo atômico. Eles surgiram por voltaazar ao jogoum décimoazar ao jogomilésimoazar ao jogosegundo após o Big Bang.

Antes desse ponto, não havia realmente nenhum materialazar ao jogoqualquer sentido familiar da palavra. Mas a física nos permite seguir rastreando a linha do tempo para trás — para processos físicos que antecedem qualquer matéria estável.

Isso nos leva à chamada "era da grande unificação". Agora, estamos bem no reino da física especulativa, pois não podemos produzir energia suficienteazar ao jogonossos experimentos para sondar o tipoazar ao jogoprocesso que estava acontecendo na época.

Mas uma hipótese plausível é que o mundo físico era feitoazar ao jogouma sopaazar ao jogopartículas elementaresazar ao jogovida curta — incluindo quarks, os blocosazar ao jogoconstrução dos prótons e nêutrons.

Havia matéria e "antimatéria"azar ao jogoquantidades aproximadamente iguais: cada tipoazar ao jogopartículaazar ao jogomatéria, como o quark, vem acompanhadoazar ao jogouma "imagem espelhada"azar ao jogoantimatéria, que é quase idêntico, diferindo apenasazar ao jogoum aspecto.

No entanto, matéria e antimatéria se aniquilamazar ao jogoum lampejoazar ao jogoenergia quando se encontram, o que significa que essas partículas foram constantemente criadas e destruídas.

Mas como essas partículas passaram a existirazar ao jogoprimeiro lugar? A teoria quânticaazar ao jogocampos nos diz que mesmo um vácuo, supostamente correspondendo ao espaço-tempo vazio, está cheioazar ao jogoatividade física na formaazar ao jogoflutuaçõesazar ao jogoenergia.

Essas flutuações podem dar origem ao surgimentoazar ao jogopartículas, que desaparecem logoazar ao jogoseguida. Isso pode soar mais como uma peculiaridade matemática do que como física real, mas tais partículas foram detectadasazar ao jogoincontáveis ​​experimentos.

O estadoazar ao jogovácuo do espaço-tempo está fervilhando com partículas sendo constantemente criadas e destruídas, aparentemente "do nada". Mas talvez tudo isso realmente nos diga que o vácuo quântico é (apesar do nome) alguma coisaazar ao jogovezazar ao jogonada.

O filósofo David Albert notadamente criticou os relatos do Big Bang que prometiam obter algo do nada dessa forma.

Suponha que perguntemos:azar ao jogoonde surgiu o próprio espaço-tempo? Então, podemos continuar girando o relógio ainda mais para trás, na verdadeiramente antiga "Eraazar ao jogoPlanck" — um período tão antigo na história do universo que faz nossas melhores teorias da física entrarazar ao jogocolapso.

Essa era ocorreu apenas um décimoazar ao jogomilionésimoazar ao jogoum trilionésimoazar ao jogoum trilionésimoazar ao jogoum trilionésimoazar ao jogosegundo após o Big Bang. Nesse ponto, o próprio espaço e o tempo ficaram sujeitos às flutuações quânticas.

Os físicos normalmente trabalham separadamente com a mecânica quântica, que rege o micromundo das partículas, e com a relatividade geral, que se aplica a grandes escalas cósmicas. Mas para compreender verdadeiramente a Eraazar ao jogoPlanck, precisamosazar ao jogouma teoria completa da gravidade quântica, fundindo as duas.

Ainda não temos uma teoria perfeita da gravidade quântica, mas existem tentativas - como a teoria das cordas e a gravidade quânticaazar ao jogoloop. Nessas tentativas, o espaço e o tempo comuns são tipicamente vistos como emergentes, como as ondas na superfícieazar ao jogoum oceano profundo.

O que experimentamos como espaço e tempo é o produtoazar ao jogoprocessos quânticos operandoazar ao jogoum nível microscópico mais profundo - processos que não fazem muito sentido para nós como criaturas enraizadas no mundo macroscópico.

Na Eraazar ao jogoPlanck, nosso entendimento comumazar ao jogoespaço e tempo se desintegra, então não podemos mais confiarazar ao jogonosso entendimento comumazar ao jogocausa e efeito também. Apesar disso, todas as candidatas a teoria da gravidade quântica descrevem algo físico que estava acontecendo na Eraazar ao jogoPlanck - algum precursor quântico do espaço e tempo. Masazar ao jogoonde veio isso?

Mesmo que a causalidade não se aplique maisazar ao jogoforma comum, ainda pode ser possível explicar um componente do universo da Eraazar ao jogoPlanckazar ao jogotermosazar ao jogooutro. Infelizmente, até agora mesmo nossa melhor física falha completamenteazar ao jogofornecer respostas.

Enquanto não progredirmosazar ao jogodireção a uma "teoriaazar ao jogotudo", não seremos capazesazar ao jogodar uma resposta definitiva. O máximo que podemos dizer com segurança neste estágio é que a física até agora não encontrou exemplos confirmadosazar ao jogoalgo surgindo do nada.

Ciclosazar ao jogoquase nada

Para responder verdadeiramente à questãoazar ao jogocomo algo pode surgir do nada, precisaríamos explicar o estado quânticoazar ao jogotodo o universo no início da Eraazar ao jogoPlanck. Todas as tentativasazar ao jogofazer isso permanecem altamente especulativas.

Alguns deles apelam a forças sobrenaturais como um designer. Mas outras explicações candidatas permanecem dentro do reino da física - como um multiverso, que contém um número infinitoazar ao jogouniversos paralelos, ou modelos cíclicos do universo, nascendo e renascendo novamente.

O físico Roger Penrose, ganhador do Prêmio Nobelazar ao jogo2020, propôs um modelo intrigante, mas controverso, para um universo cíclico denominado "cosmologia cíclica conformada".

Penrose foi inspirado por uma conexão matemática interessante entre um estado muito quente, denso e pequeno do universo - como era no Big Bang - e um estado extremamente frio, vazio e expandido do universo - como seráazar ao jogoum futuro distante.

Sua teoria radical para explicar essa correspondência é que esses estados se tornam matematicamente idênticos quando levados aos seus limites. Por mais paradoxal que pareça, uma ausência totalazar ao jogomatéria pode ter conseguido dar origem a toda a matéria que vemos ao nosso redorazar ao jogonosso universo.

Nessa visão, o Big Bang surgeazar ao jogoum quase nada. É o que sobrou quando toda a matériaazar ao jogoum universo foi consumidaazar ao jogoburacos negros, que porazar ao jogovez se transformaramazar ao jogofótons - perdidosazar ao jogoum vazio.

Todo o universo, portanto, surgeazar ao jogoalgo que - vistoazar ao jogooutra perspectiva física - é o mais próximo que se pode chegarazar ao jogonada. Mas esse nada ainda é um tipoazar ao jogocoisa. Ainda é um universo físico, embora vazio.

Como pode o mesmo estado ser um universo frio e vazioazar ao jogouma perspectiva e um universo quente e densoazar ao jogooutra? A resposta estáazar ao jogoum procedimento matemático complexo denominado "reescalonamento conformado", uma transformação geométrica que na verdade altera o tamanhoazar ao jogoum objeto, mas deixaazar ao jogoforma inalterada.

Penrose mostrou como o estado denso frio e o estado denso quente podem ser relacionados por tal reescalonamento,azar ao jogomodo que eles correspondam com respeito às formasazar ao jogoseus espaços-tempos - embora não com seus tamanhos.

É, reconhecidamente, difícil entender como dois objetos podem ser idênticos desta forma quando têm tamanhos diferentes - mas Penrose argumenta que o tamanho é um conceito que deixaazar ao jogofazer sentidoazar ao jogotais ambientes físicos extremos.

Na cosmologia cíclica conformada, a direção da explicação vai do velho e frio para o jovem e quente: o estado quente denso existe por causa do estado frio e vazio. Mas esse "por causa" não é o familiar -azar ao jogouma causa seguida no tempo por seu efeito. Não é apenas o tamanho que deixaazar ao jogoser relevante nesses estados extremos: o tempo também.

O estado denso frio e o estado denso quente estão, na verdade, localizadosazar ao jogolinhas do tempo diferentes. O estado frio e vazio continuaria para sempre da perspectivaazar ao jogoum observador emazar ao jogoprópria geometria temporal, mas o estado quente denso que dá origem efetivamente habita uma nova linha do tempo própria.

Pode ajudar a entender o estado quente denso como produzido a partir do estado frio e vazioazar ao jogoalguma forma não causal. Talvez devêssemos dizer que o estado quente denso emerge do estado frio, ou está alicerçado nele, ou é realizado pelo estado vazio e frio.

Essas são ideias distintamente metafísicas que foram exploradas extensivamente pelos filósofos da ciência, especialmente no contexto da gravidade quântica, onde a causa e o efeito comuns parecem se desfazer. Nos limites do nosso conhecimento, a física e a filosofia tornam-se difíceisazar ao jogoseparar.

Evidência experimental?

A cosmologia cíclica conformada oferece algumas respostas detalhadas, embora especulativas, à questãoazar ao jogoonde veio nosso Big Bang. Mas mesmo que a visãoazar ao jogoPenrose seja justificada pelo futuro progresso da cosmologia, podemos pensar que ainda não teríamos respondido a uma questão filosófica mais profunda - uma questão sobreazar ao jogoonde veio a própria realidade física.

Como surgiu todo o sistemaazar ao jogociclos? Então, finalmente terminamos com a pura questãoazar ao jogopor que existe algoazar ao jogovezazar ao jogonada - uma das maiores questões da metafísica.

Mas nosso foco aqui está nas explicações que permanecem dentro do reino da física. Existem três opções amplas para a questão mais profundaazar ao jogocomo os ciclos começaram. Poderia não ter explicação física alguma.

Ou pode haver ciclos que se repetem infinitamente, cada um sendo um universo por si só, com o estado quântico inicialazar ao jogocada universo explicado por alguma característica do universo anterior. Ou pode haver um único ciclo e um único universo repetido, com o início desse ciclo explicado por alguma característicaazar ao jogoseu próprio fim.

As duas últimas abordagens evitam a necessidadeazar ao jogoquaisquer eventos não causados ​​- e isso lhes dá um apelo distinto. Nada seria deixado sem explicação pela física.

Para Penrose, cada ciclo envolve eventos quânticos aleatórios que ocorremazar ao jogouma maneira diferente - o que significa que cada ciclo será diferente dos anteriores e posteriores. Na verdade, essa é uma boa notícia para os físicos experimentais, porque pode nos permitir vislumbrar o antigo universo que deu origem ao nosso atravésazar ao jogotraços tênues, ou anomalias, na radiação residual do Big Bang vista pelo satélite Planck.

Penrose e seus colaboradores acreditam que já podem ter detectado esses traços, atribuindo padrões nos dados do Planck à radiaçãoazar ao jogoburacos negros supermassivos no universo anterior. No entanto, suas alegadas observações foram contestadas por outros físicos e o júri permanece fora.

Novos ciclos infinitos são a chave para a própria visãoazar ao jogoPenrose. Mas existe uma maneira naturalazar ao jogoconverter a cosmologia cíclica conformadaazar ao jogoum ciclo múltiplo para um ciclo único. Então a realidade física consisteazar ao jogoum único ciclo a partir do Big Bang até um estado máximoazar ao jogovazio no futuro distante - e então retorna novamente até o mesmo Big Bang, dando origem ao mesmo universo novamente.

Esta última possibilidade é consistente com outra interpretação da mecânica quântica, apelidadaazar ao jogointerpretaçãoazar ao jogomuitos mundos.

A interpretaçãoazar ao jogomuitos mundos nos diz que cada vez que medimos um sistema que estáazar ao jogosuperposição, essa medição não seleciona um estado aleatoriamente. Em vez disso, o resultado da medição que vemos é apenas uma possibilidade - aquela que ocorreazar ao jogonosso próprio universo.

Todos os outros resultadosazar ao jogomedição atuamazar ao jogooutros universosazar ao jogoum multiverso, efetivamente separados do nosso. Portanto, não importa quão pequena seja a chanceazar ao jogoalgo ocorrer, se tiver uma chance diferenteazar ao jogozero, então ocorreazar ao jogoalgum mundo quântico paralelo.

Existem pessoas como vocêazar ao jogooutros mundos que ganharam na loteria, ou foram arrastadas para as nuvens por um tufão anormal, ou se incendiaram espontaneamente, ou fizeram as três coisas ao mesmo tempo.

Algumas pessoas acreditam que esses universos paralelos também podem ser observáveis ​​em dados cosmológicos, como impressões causadas por outro universo colidindo com o nosso.

A teoria quânticaazar ao jogomuitos mundos oferece uma nova reviravolta na cosmologia cíclica conformada, embora Penrose não concorde com ela. Nosso Big Bang pode ser o renascimentoazar ao jogoum único multiverso quântico, contendo infinitos universos diferentes, todos ocorrendo juntos. Tudo o que é possível acontece - então, aconteceazar ao jogonovo,azar ao jogonovo eazar ao jogonovo.

Um mito antigo

Para um filósofo da ciência, a visãoazar ao jogoPenrose é fascinante. Ele abre novas possibilidades para explicar o Big Bang, levando nossas explicações alémazar ao jogocausa e efeito comuns. É, portanto, um grande casoazar ao jogoteste para explorar as diferentes maneiras pelas quais a física pode explicar nosso mundo. Ele merece mais atenção dos filósofos.

Para um amanteazar ao jogomitos, a visãoazar ao jogoPenrose é bela. Na forma multi-ciclo preferidaazar ao jogoPenrose, ele promete novos mundos infinitos nascidos das cinzasazar ao jogoseus ancestrais. Emazar ao jogoformaazar ao jogoum ciclo, é uma notável re-invocação moderna da antiga ideia do ouroboros, ou serpente-do-mundo.

Na mitologia nórdica, a serpente Jörmungandr é filhaazar ao jogoLoki, um malandro astuto, e do gigante Angrboda. Jörmungandr consomeazar ao jogoprópria cauda, ​​e o círculo criado sustenta o equilíbrio do mundo. Mas o mito do ouroboros foi documentadoazar ao jogotodo o mundo - inclusive desde o antigo Egito.

O ouroborosazar ao jogoum universo cíclico é realmente majestoso. Ele contém dentroazar ao jogosua barriga nosso próprio universo, bem como cada um dos estranhos e maravilhosos universos alternativos possíveis permitidos pela física quântica - e no ponto ondeazar ao jogocabeça encontraazar ao jogocauda, ​​está completamente vazio, mas também fluindo com energiaazar ao jogotemperaturasazar ao jogocem mil milhõesazar ao jogobilhõesazar ao jogotrilhõesazar ao jogograus Celsius. Até Loki, o metamorfo, ficaria impressionado.

*Alastair Wilson é professorazar ao jogoFilosofia na Universidadeazar ao jogoBirmingham (Reino Unido)

Este artigo foi publicado originalmente no siteazar ao jogonotícias acadêmicas The Conversation e republicado aqui sob uma licença Creative Commons. Leia aqui a versão original (em inglês).

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