A Bíblia estava certa: Leis físicas imutáveis

O universo e algumas de suas leis físicas (Imagem gerada por IA em Google Flow)

por Hugh Ross
29 de janeiro de 2024

No século XXI, por vezes referido como a era da "pós-verdade", um número crescente de pessoas começou a desconfiar da ciência, dos cientistas e de séculos de descobertas científicas. Casos em que dados científicos foram manipulados ou deturpados para fins políticos ou ideológicos levaram pessoas, em todo o mundo, a questionar até mesmo os fatos mais firmemente estabelecidos. Hoje, um número alarmante de pessoas defende a ideia de que a Terra e todos os planetas do nosso sistema solar são planos. Muitos afirmam que os astronautas da NASA nunca pisaram na Lua ou que as imagens magníficas capturadas por telescópios espaciais são falsas.

Um princípio fundamental que sustenta todas as disciplinas e empreendimentos científicos está sob ataque. Vários indivíduos, por razões alheias à ciência, sugerem que as leis e constantes da física podem não ser invariáveis ​​em todos os tempos e lugares do universo. Questionam o próprio fundamento do método científico e, portanto, a base de todo o conhecimento científico.

Meu propósito ao escrever hoje é combater essa alarmante tendência anticientífica, fornecendo uma análise completa das medições e observações mais recentes e firmemente estabelecidas que sustentam e confirmam a imutabilidade das leis da física. Ao mesmo tempo, essas descobertas atestam o que a Bíblia declarou há milhares de anos, uma declaração que se tornou um importante passo em minha jornada rumo à fé em Deus e em Sua Palavra.

A Bíblia, de fato, deu e ainda dá ímpeto à investigação do mundo natural e à confiança no que nossa investigação revela. Não parece ser mera coincidência histórica que a Revolução Científica tenha surgido na Europa da Reforma. Foi nesse período e ali que, pela primeira vez, a mensagem da Bíblia se tornou mais amplamente conhecida no mundo.

Afirmações Experimentais Recentes de Leis Físicas Imutáveis

A constante de estrutura fina quantifica a intensidade das interações da força eletromagnética entre partículas elementares carregadas. Experimentos de laboratório utilizando relógios ópticos de íon único, conduzidos ao longo de um ano, mostraram que as possíveis variações na constante de estrutura fina não poderiam ser maiores que 3,9 x 10^-17/ano. [1] Essa determinação representa a confirmação laboratorial mais rigorosa até o momento sobre a natureza imutável da constante de estrutura fina.

Evidências adicionais provêm de um reator de fissão nuclear natural que operou há dois bilhões de anos no que hoje é Oklo, no Gabão. Cálculos realizados em núcleos frescos do reator, cada um com um teor de urânio diferente, combinados com medições da seção de choque do samário-149 e das razões entre samário-147 e samário-149, estabeleceram que as mudanças na constante de estrutura fina [2] e na massa do quark strange [3], ao longo dos últimos 2 bilhões de anos, não devem ser maiores que 1,0 x 10^-17/ano e 1,0 x 10^-18/ano, respectivamente.

Três físicos japoneses realizaram experimentos com moléculas de ⁴¹K⁸⁷Rb fotoassociadas ultrageladas (140 microkelvin ou 0,00014 °C acima do zero absoluto). Seus experimentos, realizados ao longo de um período de quatro anos, mostraram que a variação na razão entre a massa do elétron e a massa do próton não deve ser superior a 1,3 x 10^-14/ano. [4] Experimentos baseados em comparações de relógios atômicos de itérbio⁺ e césio estabeleceram que a razão entre a massa do elétron e a massa do próton variava em menos de 2,1 x 10^-16/ano. [5] Uma equipe de dez físicos britânicos, utilizando relógios ópticos atômicos de íon único, determinou que a variação na razão entre o momento magnético do elétron e o momento magnético do próton deve ser inferior a 1,3 x 10^-16/ano. [6]

Só para deixar claro, cada um desses números, provenientes de cada um desses testes, se aproxima tanto de zero quanto a tecnologia permite ou a confiança total exige.

As Confirmações da Apollo

Em 21 de julho de 1969, muitos de nós, que temos idade suficiente, tivemos o privilégio de assistir ao vivo, pela televisão, aos astronautas Neil Armstrong e Buzz Aldrin instalando um refletor a laser na superfície da Lua. Seu objetivo: testar teorias da gravitação (veja a Figura 1). Em 1971, a tripulação da Apollo 14 colocou um refletor a laser semelhante em um local diferente na Lua, e a tripulação da Apollo 15 instalou outro. Este era um refletor de qualidade superior, três vezes maior que o instalado por Armstrong e Aldrin (veja a Figura 2). A Figura 3 mostra a localização dos três refletores a laser na Lua.

Figura 1: Instrumento de medição a laser lunar da Apollo 11 (Imagem de NASA via Reasons to Believe)

Figura 2: Instrumento de medição a laser lunar da Apollo 15 (Imagem de NASA, Dave Scott, via Reasons to Believe)

Figura 3: Locais de refletores para medição a laser da órbita lunar instalados por três tripulações Apollo. (Imagem de NASA; crédito do diagrama: Hugh Ross, via Reasons to Believe)

Seis observatórios na Terra são capazes de realizar experimentos de cronometragem precisa, refletindo sinais de laser nesses instrumentos lunares Apollo: o Observatório McDonald no Texas, o Observatório Apache Point no Novo México, o Observatório Haleakala no Havaí, o Observatório da Côte d'Azur na França, o Observatório de Matera na Itália e o Observatório Wettzell na Alemanha.

Em um artigo anterior, expliquei como os experimentos de telemetria a laser lunar (lunar laser ranging, LLR, na sigla em inglês) demonstraram a veracidade da teoria da relatividade geral de Einstein, uma teoria que é a pedra angular dos modelos de origem cósmica. [7] Esses mesmos experimentos são úteis para testar a variabilidade da constante da força gravitacional e da razão entre a massa do elétron e a do próton. Os experimentos de LLR conduzidos ao longo de um período de 51 anos forneceram restrições rigorosas para essas duas constantes. Eles mostram que a constante da força gravitacional varia em no máximo 1,5 x 10^-14/ano [8] e a razão entre a massa do elétron e a do próton, em no máximo 4,5 x 10^-14/ano. [9] Novamente, números tão pequenos que podem ser considerados zero.

Novos Testes Observacionais das Leis da Física

Graças às velocidades finitas, idênticas (com precisão de até quinze casas decimais) e precisamente conhecidas da luz, dos neutrinos e das ondas gravitacionais, os astrônomos conseguem testar a constância das leis da física ao longo do tempo geológico. As observações astronômicas fornecem medidas diretas das características e do funcionamento das leis da física em qualquer momento da história do universo, simplesmente focando em objetos astronômicos a diferentes distâncias da Terra. (Quanto maior a distância de um objeto astronômico, mais longe no passado os astrônomos observam a luz, as ondas gravitacionais ou os neutrinos emitidos por ele.)

Os astrônomos podem medir as posições de comprimento de onda de certas linhas espectrais emitidas por estrelas, galáxias e quasares, observando onde as linhas espectrais são deslocadas por interações com campos elétricos e magnéticos. Essas medições fornecem o valor da constante de estrutura fina no momento em que a luz foi emitida pela estrela, galáxia ou quasar.

Milhares de medições feitas por astrônomos mostram que a constante de estrutura fina em estrelas, galáxias e quasares, de 4 anos-luz a 12,9 bilhões de anos-luz de distância, difere em não mais do que 1 parte em um milhão de seu valor medido na Terra hoje. [11] Essas medições implicam que quaisquer variações no valor da constante de estrutura fina não seriam maiores do que 7,8 x 10^-17/ano nos últimos 12,9 bilhões de anos.

De forma semelhante, a observação astronômica de linhas espectrais em estrelas, galáxias e quasares mostra que as variações na razão entre a massa do elétron e a do próton não devem ser maiores que 1,36 x 10^-17/ano nos últimos 7,34 bilhões de anos [12] e não  maiores que 1,6 x 10^-17/ano nos últimos 12,9 bilhões de anos. [13] O mesmo tipo de observação estabelece que a constante da força gravitacional variou em não mais que 7,9 x 10^-12/ano nos últimos 11,0 bilhões de anos. [14]

Observações heliosismológicas do Sol, realizadas ao longo de um período de 24 anos, demonstram que a constante da força gravitacional varia em no máximo 5,2 x 10^-14/ano. [15] Enquanto isso, observações de pulsares, realizadas ao longo de um período de 26 anos, confirmam que quaisquer mudanças na constante da força gravitacional não podem ser superiores a 1,0 x 10^-12/ano. [16]

Leis Físicas Imutáveis ​​nos Primeiros Momentos do Universo

Diversos artigos publicados em periódicos teóricos sugerem a possibilidade de pequenas alterações em algumas das constantes que sustentam as leis da física. Tais especulações apontam apenas para a história extremamente primitiva do universo — o período anterior à formação das primeiras estrelas e galáxias, até mesmo antes da ocorrência da nucleossíntese.

No entanto, os efeitos observados da nucleossíntese primordial implicam que as constantes fundamentais que sustentam as leis da física possuíam os mesmos valores que os físicos medem hoje em seus experimentos e que os astrônomos veem em suas observações de estrelas, galáxias e quasares. [17] Esses efeitos indicam que as leis da física permaneceram inalteradas desde que o universo tinha apenas um segundo de idade.

Um artigo recente na revista Astronomy & Astrophysics [18] indica que uma pequena alteração na constante de estrutura fina naquele momento primordial seria concebível SE não houvesse uma solução viável para o que é considerado o “problema do lítio”. Aparentemente, a quantidade de lítio observada pelos astrônomos nas estrelas é inferior à quantidade prevista para surgir da nucleossíntese primordial. Contudo, como demonstrado em The Creator and the Cosmos (O Criador e o Cosmos), 4ª edição, existem diversas soluções possíveis para o problema do lítio, e elas não requerem nenhuma variação no valor de qualquer uma das constantes que sustentam as leis da física. [19] A mais provável dessas soluções é a presença, no universo primordial, de uma pequena população de estrelas mais massivas (em média) e, consequentemente, muito mais brilhantes do que as estrelas que existem hoje.

Em suma, tudo o que sabemos e podemos medir sobre a física do universo e da Terra, às vezes, com precisão de décima sétima e décima oitava casa decimal, confirma — e até mesmo grita — que as leis da física não mudaram. Especulações sobre pequenas mudanças nas leis da física são estritamente hipotéticas, não baseadas em conhecimento e compreensão. A época que permanece, até o momento, inacessível à observação e aos testes científicos é a porção inicial de 0,00000000000000002 da história cósmica!

Implicações Filosóficas/Teológicas

Graças à sua dedicação e persistência inabaláveis, bem como às incríveis ferramentas tecnológicas à sua disposição, astrônomos e físicos confirmaram a clara e repetida afirmação bíblica de que, ao longo de toda a história do universo e da Terra, as leis da física permaneceram fixas, ou seja, inalteradas. Inúmeros experimentos e observações fornecem confirmações consistentes do poder preditivo singular da Bíblia, um poderoso testemunho de sua inspiração divina e inerrância.

Nenhum outro livro sagrado descreve com precisão múltiplos fatos da natureza séculos, até mesmo milênios, antes que pudessem ser observados e testados por meio de investigações científicas minuciosas e detalhadas. Essa afirmação bíblica de leis e constantes físicas imutáveis ​​é uma das afirmações, ou “previsões”, que me impressionaram profundamente, enquanto estudante de ciências curioso que começava a investigar o cristianismo.

Em Jeremias 33, li que Deus repreendeu os judeus por duvidarem de suas promessas. Em Jeremias 33:25, o profeta compara a certeza das promessas de Deus às “leis fixas do céu e da terra”. A clara implicação aqui é que, assim como as leis da física, da termodinâmica à gravidade, ao eletromagnetismo e outras, podem ser consideradas imutáveis, também as promessas de Deus podem ser consideradas confiáveis.

Romanos 8:20 afirma que a criação foi sujeita à “inutilidade” {na Almeida 21} ou “degradação” {na NTvDP}. Os versículos 21-22 declaram que toda a criação, todo o universo, estava e está em estado de “escravidão à decadência” ou “servidão à corrupção”. Que descrição mais clara poderia ser oferecida para a segunda lei da termodinâmica? Eclesiastes 1 e 3 e Apocalipse 21 corroboram a afirmação de que toda a natureza foi sujeita à decadência e a experimenta continuamente.

Dadas as características do projeto que Deus estabeleceu no universo, essa progressão para a desordem (entropia) é essencial para que a vida física e o trabalho físico sejam possíveis, mas essa é outra história, que já contei em outro lugar. Romanos 8:23 nos diz que as leis da física permanecerão em vigor até que a obra redentora de Deus esteja completa. A conclusão dessa obra ocorrerá quando o número total de seres humanos que Deus pretende redimir tiver aceitado sua oferta de resgate em Cristo.

Em outras palavras, quanto mais aprendemos sobre o reino criado, tanto o cosmos quanto nós mesmos, mais forte se torna a base para a confiança de que os escritores bíblicos foram sobrenaturalmente e precisamente inspirados [21] por Aquele que trouxe o cosmos — e todos nós — à existência.

Notas de Fim

1. T. Rosenband et al., “Frequency Ratio of Al+ and Hg+ Single-Ion Optical Clocks; Metrology at the 17th Decimal Place”, Science 319, n.º 5871 (28 de amrço de 2008): 1808–1812, doi:10.1126/science.1154622.
2. Yasunori Fujii et al., “The Nuclear Interaction at Oklo 2 Billion Years Ago”, Nuclear Physics B 573, n^os. 1–2 (maio de 2000): 377–401, doi:10.1016/S0550-3213(00)00038-9.
3. Yu V. Petrov et al., “Natural Nuclear Reactor at Oklo and Variation of Fundamental Constants: Computation and Neutronics of a Fresh Core”, Physical Review C 74, n.º 6 (14 de dezembro de 2006): id. 064610, doi:10.1103/PhysRevC.74.064610; V. V. Flambaum e E. V. Shuryak, “Limits on Cosmological Variation of Strong Interaction and Quark Masses from Big Bang Nucleosynthesis, Cosmic, Laboratory, and Oklo Data”, Physical Review D 65, n.º 10 (22 de abril de 2002): id. 103503, doi:10.1103/PhysRev/D.65.103503; V. F. Dmitriev and V. V. Flambaum, “Limits on Cosmological Variation of Quark Masses and Strong Interaction”, Physical Review D 67, n.º 6 (26 de março de 2003): id. 063513, doi:10.1103/PhysRevD.67.063513.
4. J. Kobayashi, A. Ogino e S. Inouye, “Measurement of the Variation of Electron-to-Proton Mass Ratio Using Ultracold Molecules Produced from Laser-Cooled Atoms”, Nature Communications 10 (21 de agosto de 2019): id. 3771, doi:10.1038/s41467-019-11761-1.
5. N. Huntemann et al., “Improved Limit on a Temporal Variation of mp/me from Comparisons of Yb+ and Cs Atomic Clocks”, Physical Review Letters 113, n.º 21 (17 de novembro de 2014): id. 210802, doi:10.1103/PhysRevLett.113.210802.
6. R. M. Godun et al., “Frequency Ratio of Two Optical Clock Transitions in 171Yb+ and Constraints on the Time Variation of Fundamental Constants”, Physical Review Letters 113, n.º 21 (17 de novembro de 2014): id. 210801, doi:10.1103/PhysRevLett.113.210801.
7. Hugh Ross, “General Relativity and Its Christian Implications Pass Yet More Tests”, Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 18 de dezembro de 2017. (Publicado traduzido aqui no blog sob o título A Teoria da Relatividade Geral e suas implicações cristãs passam por mais testes.)
8. Liliane Biskupek, Jürgen Müller e Jean-Marie Torre, “Benefit of New High-Precision LLR Data for the Determination of Relativistic Parameters”, Universe 7, n.º 2 (3 de fevereiro de 2021): id. 34, doi:10.3390/universe7020034.
9. Biskupek, Müller e Torre, “Benefit of New High-Precision LLR Data”.
10. B. P. Abbott et al., LIGO Scientific “Collaboration and Virgo Collaboration, “GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral”, Physical Review Letters 119, n.º 16 (16 de outubro de 2017): id. 161101, doi:10.1103/PhysRevLett.119.161101; B. P. Abbott et al., LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Fermi Gamma-Ray Burst Monitor, and INTEGRAL, “Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A”, Astrophysical Journal Letters 848, n.º 2 (20 de outubro de 2017): id. L13, doi:10.3847/2041-8213/aa920c; Jun-Jie Wei et al., “Limits on the Neutrino Velocity, Lorentz Invariance, and the Weak Equivalence Principle with TeV Neutrinos from Gamma Ray Bursts”, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2016, n.º 8 (16 de agosto de 2016): id. 031, doi:10.1088/1475-7516/2016/08/031.
11. Michael T. Murphy et al., “Fundamental Physics with ESPRESSO: Precise Limit on Variations in the Fine-Structure Constant Towards the Bright Quasar HE 0515-4414”, Astronomy & Astrophysics 658 (fevereiro de 2022): id. A123, doi:10.1051/0004-6361/202142257; T. D. Le, “Stringent Limit on Space-Time Variation of Fine-Structure Constant Using High-Resolution of Quasar Spectra”, Heliyon 6, n.º 9 (setembro de 2020): id. e05011, doi:10.1016/j.heliyon.2020.e05011; Haoran Liang e Zhe Wu, “Measuring the Fine-Structure Constant on Quasar Spectra: High Spectral Resolution Gains More Than a Large Size of Moderate Spectral Resolution Spectra”, Proceedings of the SPIE 12644, International Workshop on Frontiers of Graphics and Image Processing (FGIP 2022) (3 de maio de 2023): id. 1264408, doi:10.1117/12.2670012; Michael T. Murphy, Adrian L. Malec e J. Xavier Prochaska, “Precise Limits on Cosmological Variability of the Fine-Structure Constant with Zinc and Chromium Quasar Absorption Lines”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 461, n.º 3 (21 de setembro de 2016): 2461–2479, doi:10.1093/mnras/stw1482; S. A. Levshakov et al., “An Upper Limit to the Variation in the Fundamental Constants at Redshift z = 5.2”, Astronomy & Astrophysics: Letters 540 (abril de 2012): id. L9, doi:10.1051/0004-6361/201219042; Franco D. Albareti et al., “Constraint on the Time Variation of the Fine-Structure Constant with the SDSS-III/BOSS DR12 Quasar Sample”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 452, n.º 4 (1º de outubro de 2015): 4153–4168, doi:10.1093/mnras/atv1406; S. M. Kotuš, M. T. Murphy e R. F. Carswell, “High-Precision Limit on Variation in the Fine-Structure Constant from a Single Quasar Absorption System”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 464, n.º 3 (janeiro de 2017): 3679–3703, doi:10.1093/mnras/stw2543; Raghunathan Srianand et al., “Limits on the Time Variation of the Electromagnetic Fine-Structure Constant in the Low Energy Limit from Absorption Lines in the Spectra of Distant Quasars”, Physical Review Letters 92, n.º 12 (26 de maio de 2004): id. 121302, doi:10.1103/PhysRevLett.92.121302.
12. Julija Bagdonaite et al., “A Stringent Limit on a Drifting Proton-to-Electron Mass Ratio from Alcohol in the Early Universe”, Science 339, n.º 6115 (13 de maio de 2012): 46–48, doi:10.1126/science.1224898.
13. Levshakov et al., “An Upper Limit to the Variation in the Fundamental Constants at Redshift z = 5.2”.
14. Earl Patrick Bellinger e Jørgen Christensen-Dalsgaard, “Asteroseismic Constraints on the Cosmic-Time Variation of the Gravitational Constant from an Ancient Main-sequence Star”, The Astrophysical Journal Letters 887, n.º 1 (3 de dezembro de 2019): id. L1, doi:10.3847/2041-8213/ab43e7.
15. Alfio Bonanno e Hans-Erich Fröhlich, “A New Helioseismic Constraint on a Cosmic-Time Variation of G”, The Astrophysical Journal Letters 893, n.º 2 (21 de abril de 2020): id. L35, doi:10.3847/2041-8213/ab86b9.
16. W. W. Zhu et al., “Tests of Gravitational Symmetries with Pulsar Binary J1713+0747”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 482, n.º 3 (janeiro de 2019): 3249–3260, doi:10.1093/mnras/sty2905.
17. Kazuhide Ichikawa e M. Kawasaki, “Constraining the Variation of the Coupling Constants with Big Bang Nucleosynthesis”, Physical Review D 65, n.º 12 (6 de janeiro de 2002): id. 123511, doi:10.1103/PhysRevD.65.123511; Bruce A. Campbell e Keith A. Olive, “Nucleosynthesis and the Time Dependence of Fundamental Couplings”, Physics Letters B 345, n.º 4 (23 de fevereiro de 1995): 429–434, doi:10.1016/0370-2693(94)01652-S.  
18. M. T. Clara e C. J. A. P. Martins, “Primordial Nucleosynthesis with Varying Fundamental Constants: Improved Constraints and a Possible Solution to the Lithium Problem”, Astronomy & Astrophysics 633 (janeiro de 2020): id. L11, doi:10.1051/0004-6361/201937211.
19. Hugh Ross, The Creator and the Cosmos, 4th ed (Covina, CA: RTB Press, 2018), 62–64.
20. Hugh Ross, Why the Universe Is the Way It Is (Covina, CA: RTB Press, 2008), 95–181.
21. Hebreus 6:18 (ARC).

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Traduzido de Bible Got It Right: Immutable Physical Laws (RTB)

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