A existência de universos paralelos pode parecer algo inventado por escritores de ficção científica, com pouca relevância para a física teórica moderna. Mas a ideia de que vivemos em um “multiverso”, composto por um número infinito de universos paralelos, tem sido considerada uma possibilidade científica – embora ainda seja uma questão de debate vigoroso entre os físicos.
A corrida agora é para encontrar uma maneira de testar essa hipótese, incluindo uma busca nos céus por sinais de colisões com outros universos.
A visão de um multiverso não é realmente uma teoria, mas sim uma consequência de nossa compreensão atual da física teórica. Esta distinção é crucial.
Os cientistas não simplesmente tiveram uma manhã mais criativa e resolveram gritar aos quatro ventos algo como: “Que se faça um multiverso”.
Em vez disso, a ideia de que o universo em que vivemos seja talvez um dos infinitamente muitos outros existentes é derivada de outras teorias atuais, como a mecânica quântica e a teoria das cordas.
A interpretação de muitos mundos
Você já pode ter ouvido falar sobre enigmática experiência do gato de Schrödinger, um animal assustador que vive em uma caixa fechada. Em linhas gerais, o ato de abrir a caixa nos permite acompanhar um dos possíveis futuros do gato (ele está vivo? ele está morto?), incluindo um em que ele é morto e vivo ao mesmo tempo. Esta interpretação parece tão impossível simplesmente porque a nossa intuição humana não está familiarizada com ela.
Mas isso seria perfeitamente possível de acordo com as regras estranhas da mecânica quântica.
A razão pela qual tal “estado duplo” pode ocorrer é que o espaço de possibilidades na mecânica quântica é enorme. Matematicamente, um estado da mecânica quântica é uma soma (ou superposição) de todos os estados possíveis. No caso do gato de Schrödinger, o gato é a superposição dos estados “morto” e “vivo”.
Mas como podemos interpretar este dilema para que ele faça qualquer sentido prático? Uma forma popular é pensar em todas essas possibilidades, de modo que o único estado “objetivamente verdadeiro” do gato é o que observamos.
No entanto, você também pode optar por aceitar que todas essas possibilidades sejam verdadeiras, e que eles existam em diferentes universos de um possível multiverso.
O ponto de vista da Teoria das Cordas
A teoria das cordas é um dos mais, se não o mais, promissores caminhos capazes de unificar a mecânica quântica e a gravidade. Por isso que existem tantos físicos teóricos entusiastas a respeito dela.
Esta unificação, contudo, é notoriamente difícil porque a força gravitacional é complicada de ser descrita em pequenas escalas (átomos e partículas subatômicas), que é justamente a área da ciência da mecânica quântica.
Mas a teoria das cordas, que afirma que todas as partículas fundamentais são feitas de cordas unidimensionais, pode descrever todas as forças conhecidas da natureza de uma só vez: gravidade, eletromagnetismo e forças nucleares.
No entanto…
Para a teoria das cordas funcionar matematicamente, é necessário pelo menos dez dimensões físicas.
Esse é definitivamente um problema, uma vez que só podemos observar quatro dimensões: altura, largura, profundidade (espacial) e tempo (temporal). As dimensões adicionais da teoria das cordas devem, portanto, estar escondidas de alguma forma, se ela estiver correta.
Para ser capaz de usar a teoria para explicar os fenômenos físicos que vemos com nossos próprios olhos, estas dimensões adicionais teriam que ser “compactadas” de tal maneira que seriam absurdamente pequenas para serem vistas. Será que talvez para cada momento de nossas grandes quatro dimensões, existam seis direções extras indistinguíveis? É aí que a teoria das cordas dá um verdadeiro nó em nossas cabeças.
Outro problema, para os pessimistas, ou uma característica, para os otimistas, da teoria das cordas é que há muitas maneiras de fazer essa compactação de dimensões – 10.500, mais precisamente, é o número possibilidades que os cientistas calculam. Cada uma destas compactações resultaria em um universo com diferentes leis físicas – tais como diferentes massas de elétrons e diferentes constantes de gravidade.
No entanto, também há objeções vigorosas na metodologia de compactações, então o problema não foi resolvido completamente.
Se existe um multiverso…
A pergunta óbvia que fica é: qual destas possibilidades é a que vamos viver?
A teoria das cordas em si não fornece um mecanismo para prever esta realidade, o que nos impede de testá-la. Mas, felizmente, uma estudo da cosmologia do universo primitivo transformou este “erro” em um recurso.
O universo primitivo
Antes do Big Bang, o universo passou por um período de expansão chamado de “inflação acelerada”. Esta inflação foi invocada originalmente para explicar por que o universo de observação atual é quase uniforme em termos de temperatura.
No entanto, a teoria também previu um espectro de variações de temperatura ao redor desse equilíbrio, que foi posteriormente confirmado por sondas espaciais.
Embora os detalhes exatos da teoria ainda estejam sendo debatidos, a inflação é amplamente aceita pelos físicos. No entanto, uma consequência dessa teoria é que devem haver outras partes do universo que ainda estão crescendo aceleradamente.
Só que devido às flutuações quânticas do espaço-tempo, algumas partes do universo nunca realmente atingiram o fim da inflação. Isto significa que o universo é, pelo menos de acordo com a nossa compreensão atual, eternamente inflacionável.
Algumas partes podem, portanto, acabar se tornando outros universos, que poderiam tornar-se outros universos, e outros, e outros e assim por diante. Este mecanismo, então, gera um número infinito de universos.
Ao combinar este cenário com a teoria das cordas, existe uma possibilidade de que cada um desses universos possua uma compactação diferente das outras dimensões e, consequentemente, leis físicas diferentes.
Testando a teoria do multiverso
Os universos previstos pela teoria das cordas e a inflação no mesmo espaço físico (ao contrário dos muitos universos da mecânica quântica que vivem em um espaço matemático) poderiam se sobrepor ou colidirem. Na verdade, eles inevitavelmente devem colidir, deixando possíveis pistas no céu cósmico que podemos tentar procurar.
Os detalhes exatos destas pistas dependem intimamente dos modelos – que vão desde pontos quentes ou frios na radiação cósmica de fundo para vazios anômalos na distribuição de galáxias.
No entanto, uma vez que as colisões com outros universos devem ocorrer em uma determinada direção, a expectativa geral é que todas as pistas devem quebrar a uniformidade do nosso universo observável.
Essas pistas estão obviamente sendo perseguidas vorazmente por cientistas.
Alguns estão procurando diretamente através de impressões no fundo de micro-ondas cósmico, a radiação remanescente do brilho do Big Bang. No entanto, nenhuma dessas pistas foram encontradas ainda.
Outros estão à procura de algum apoio indireto, tais como ondas gravitacionais, que são ondulações no espaço-tempo provocadas pela passagem de objetos maciços. Essas ondas poderiam provar diretamente a existência da inflação acelerada, o que em última análise reforça o apoio para a teoria do multiverso.
Se nós algum dia vamos ser capazes de provar a existência de um multiverso, é difícil de prever. Mas, dadas as implicações maciças de encontrá-lo, a pesquisa deve certamente valer a pena.
