Como o multiverso poderia quebrar o método científico

How the Multiverse could break the scientific method

Não há nada mais importante para a ciência do que sua capacidade de provar que as ideias estão erradas.

por Marcelo Gleiser

01 de junho de 2022

Foto de Malcolm Lightbody em Unsplash

Hoje vamos dar um passeio pelo lado selvagem e assumir, por uma questão de argumento, que o nosso universo não é o único que existe. Vamos considerar que existem muitos outros universos, possivelmente uma infinidade deles. A totalidade desses universos, incluindo o nosso, é o que os cosmólogos chamam de multiverso. Parece mais um mito do que uma hipótese científica, e esse conceito encrenqueiro inspira alguns enquanto ultraja outros.

Até onde podemos levar as teorias da física?

A polêmica começou na década de 1980. Dois físicos, Andrei Linde na Universidade de Stanford e Alex Vilenkin na Universidade de Tufts, propuseram independentemente que se o universo passasse por uma expansão muito rápida no início de sua existência – chamamos isso de expansão inflacionária – então nosso universo não seria o único.

Esta fase inflacionária de crescimento presumivelmente aconteceu um trilionésimo de um trilionésimo de um trilionésimo de um segundo após o início dos tempos. Isso é cerca de 10^-36** segundos após o “estrondo” quando o relógio que descreve a expansão do nosso universo começou a contar. Você pode perguntar: “Como esses cientistas se sentem à vontade para falar sobre tempos tão ridiculamente pequenos? O universo também não era ridiculamente denso naqueles momentos?” 

Bem, a verdade é que ainda não temos uma teoria que descreva a física nessas condições. O que temos são extrapolações baseadas no que sabemos hoje. Isso não é o ideal, mas, dada a nossa falta de dados experimentais, é o único ponto de partida. Sem dados, precisamos levar nossas teorias até onde consideramos razoáveis. É claro que o que é razoável para alguns teóricos não será para outros. E é aqui que as coisas ficam interessantes.

A suposição aqui é que podemos aplicar essencialmente a mesma física em energias que são cerca de mil trilhões de vezes maiores do que as que podemos sondar no Grande Colisor de Hádrons, o acelerador gigante alojado na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, na Suíça. E mesmo que não possamos aplicar a mesma física, podemos pelo menos aplicar a física com atores semelhantes. 

Águas agitadas, campos quânticos

Na física de alta energia, todos os personagens são campos*. Campos, aqui, significam perturbações que preenchem o espaço e podem ou não mudar no tempo. Uma imagem grosseira de um campo é a de água enchendo um lago. A água está em todos os lugares do lago, com certas propriedades que assumem valores em todos os pontos: temperatura, pressão e salinidade, por exemplo. Os campos têm excitações que chamamos de partículas. O campo de elétrons tem o elétron como excitação. O campo de Higgs contém o bóson de Higgs. Nessa imagem simples, podemos visualizar as partículas como ondulações de água se propagando ao longo da superfície do lago. Esta não é uma imagem perfeita, mas ajuda a imaginação.

O protagonista mais popular que impulsiona a expansão inflacionária é um campo escalar* – uma entidade com propriedades inspiradas no bóson de Higgs, que foi descoberto no Grande Colisor de Hádrons em julho de 2012. 

Não sabemos se havia campos escalares na infância cósmica, mas é razoável supor que houvesse. Sem eles, estaríamos terrivelmente presos tentando imaginar o que aconteceu. Como mencionado acima, quando não temos dados, o melhor que podemos fazer é construir hipóteses razoáveis ​​que os experimentos futuros testarão. 

Para ver como usamos um campo escalar para modelar a inflação, imagine uma bola rolando ladeira abaixo. Enquanto a bola estiver a uma altura acima da base da colina, ela rolará para baixo. Tem energia armazenada. Na parte inferior, definimos sua energia como sendo zero. Fazemos o mesmo com o campo escalar. Enquanto estiver deslocado de seu mínimo, encherá o universo com sua energia. Em regiões suficientemente grandes, essa energia estimula a rápida expansão do espaço, que é a assinatura da inflação. 

Linde e Vilenkin adicionaram a física quântica a esta imagem. No mundo quântico, tudo é agitado; tudo vibra sem parar. Isso está na raiz da incerteza quântica, uma noção que desafia o senso comum. Então, à medida que o campo está rolando ladeira abaixo, também está experimentando esses saltos quânticos, que podem chutá-lo mais para baixo ou mais para cima. É como se as ondas no lago estivessem criando cristas e vales de forma irregular. Águas agitadas, esses campos quânticos.

Aqui vem a reviravolta: quando uma região suficientemente grande do espaço é preenchida com o campo de uma certa energia, ela se expandirá a uma taxa relacionada a essa energia. Pense na temperatura da água no lago. Diferentes regiões do espaço terão o campo em diferentes alturas, assim como diferentes regiões do lago podem ter água em diferentes temperaturas. O resultado para a cosmologia é uma infinidade de regiões do espaço inflando loucamente, cada uma se expandindo em seu próprio ritmo. Muito rapidamente, o universo consistiria em uma miríade de regiões infladas que crescem, inconscientes de seus arredores. O universo se transforma em um multiverso. Mesmo dentro de cada região, as flutuações quânticas podem levar uma sub-região a inflar. A imagem, então, é a de um cosmos eternamente replicante, cheio de bolhas dentro de bolhas.

O multiverso é testável?

Isso é incrivelmente inspirador. Mas é ciência? Para ser científica, uma hipótese precisa ser testável. Você pode testar o multiverso? A resposta, em sentido estrito, é não. Cada uma dessas regiões infladas – ou contraídas, pois também pode haver universos falidos – está fora do nosso horizonte cósmico, a região que delimita a distância percorrida pela luz desde o início dos tempos. Como tal, não podemos ver esses cosmoides, nem receber nenhum sinal deles. O melhor que podemos esperar é encontrar um sinal de que um de nossos universos vizinhos machucou nosso próprio espaço no passado. Se isso tivesse acontecido, veríamos alguns padrões específicos no céu – mais precisamente, na radiação que sobrou depois que os átomos de hidrogênio se formaram cerca de 400.000 anos após o Big Bang. Até agora, nenhum sinal desse tipo foi encontrado. As chances de encontrar um são, francamente, remotas. 

Estamos, portanto, presos a uma ideia científica plausível que parece não ser testável. Mesmo se encontrássemos evidências de inflação, isso não necessariamente apoiaria o multiverso inflacionário. O que devemos fazer?

Diferentes tipos de diferentes no multiverso

O multiverso sugere outro ingrediente – a possibilidade de que a física seja diferente em diferentes universos. As coisas ficam bastante nebulosas aqui, porque existem dois tipos de “diferentes” para descrever. O primeiro é valores diferentes para as constantes da natureza (como a carga do elétron ou a força da gravidade), enquanto o segundo levanta a possibilidade de que existam leis da natureza completamente diferentes.

Para abrigar a vida como a conhecemos, nosso universo tem que obedecer a uma série de requisitos muito rígidos. Pequenos desvios não são tolerados nos valores das constantes da natureza. Mas o multiverso traz a questão da naturalidade, ou de quão comum nosso universo e suas leis são entre a miríade de universos pertencentes ao multiverso. Somos a exceção ou seguimos a regra? 

O problema é que não temos como saber. Para saber se somos comuns, precisamos saber algo sobre os outros universos e os tipos de física que eles têm. Mas nós não temos como saber. Tampouco sabemos quantos universos existem, e isso torna muito difícil estimar o quanto somos comuns. Para piorar as coisas, se existem infinitos cosmoides, não podemos dizer nada. O pensamento indutivo é inútil aqui. O infinito nos enrosca em nós. Quando tudo é possível, nada se destaca e nada se aprende.

É por isso que alguns físicos se preocupam com o multiverso a ponto de detestá-lo. Não há nada mais importante para a ciência do que sua capacidade de provar que as ideias estão erradas. Se perdermos isso, minamos a própria estrutura do método científico.

_________________________

* Link inserido por mim. Não está presente no texto original.

** 10^-36 = 0,...36 zeros...1 (isto é, o 1 antecedido por 36 zeros)

Texto traduzido pelo Google Tradutor e revisado por mim.

Etiquetas:

astrofísica - cosmologia - vivemos em um multiverso? - o multiverso é real? - quantas formas de multiverso existem? - multiverso feito de universos paralelos - multiverso bolha