O universo em que vivemos é enorme, cheio de matéria e energia, e está se expandindo cada vez mais rápido. Olhando a bilhões de anos-luz de distância, podemos ver bilhões de anos de nosso passado antigo, ver a formação de planetas, estrelas e galáxias. Olhamos até agora, encontramos nuvens de gás que não deram à luz uma única estrela e galáxias que se formaram quando nosso universo era 97% mais jovem. O que é especialmente curioso é que podemos observar o resplendor do Big Bang, que permanece desde a época em que o universo tinha cerca de 380.000 anos. Mas com todo esse esplendor cósmico, nunca encontramos evidências de que nosso universo colidiu com outro universo em um vasto universo múltiplo. Por quê?
Na verdade, se a teoria dos universos múltiplos estiver correta, nosso universo em expansão deve ter colidido com outro universo. Não é assim? Afinal, nosso universo agora é tão grande que alguns o descrevem como infinito em tamanho.
E assim não só a lógica afirma, mas também a conhecida autoridade Roger Penrose. Tanto Penrose quanto a sabedoria convencional estão errados aqui. Nosso universo está e deve estar isolado e sozinho no multiverso.
Embora este tópico seja muito popular e controverso, fortes hipóteses físicas apóiam a existência de múltiplos universos. Se combinarmos nossas duas principais escolas de pensamento sobre como o universo funciona, a inflação cósmica e a física quântica, inevitavelmente acabaremos com nosso universo em um universo múltiplo. Há outra conclusão: cada universo criado - e cada Big Bang que o precede - será imediatamente e para sempre separado dos outros por causa. Por quê? O físico Ethan Siegel vai desmontar.
A inflação cósmica veio como um suplemento à teoria do Big Bang, fornecendo um mecanismo para explicar por que o universo começou com certas condições. Em particular, a inflação deu uma resposta a perguntas sobre …
- por que o universo estava em toda parte à mesma temperatura;
- porque era espacialmente plano;
- por que não há relíquias de alta energia como monopólos magnéticos sobrando.
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… Continuando a deixar novas previsões para serem verificadas. Essas previsões incluem o espectro específico de flutuações de densidade com as quais o universo nasceu; a temperatura máxima atingida pelo Universo nos primeiros estágios do Big Bang; a existência de flutuações em escalas que ultrapassam o horizonte cósmico, e um certo espectro de flutuações de ondas gravitacionais. Tudo isso, exceto o último, foi confirmado por observações.
A inflação cósmica, para ser mais preciso, é o período anterior ao Big Bang, quando a energia inerente ao próprio espaço prevalecia no Universo. Agora o valor da energia escura é muito pequeno, mas durante a inflação era incomparavelmente mais alto: muito mais densidade de energia quando o Universo estava cheio de matéria e radiação durante os primeiros estágios quentes do Big Bang.
Como a expansão do universo é impulsionada pela energia inerente ao próprio espaço, durante o período de inflação, a expansão foi exponencial, um novo espaço foi criado. Se o Universo dobrou de tamanho no tempo n, então, após 10 períodos deste tempo, ele já era 210 ou mesmo 21.000 vezes maior. Em um curto período de tempo, qualquer região do espaço não planar e contendo matéria tornou-se indistinguível de plana, e todas as partículas de matéria dilataram-se tanto que as duas partículas nunca mais se encontrariam.
No entanto, a inflação não pode durar para sempre. A energia inerente ao espaço não pode permanecer para sempre, caso contrário o Big Bang não teria acontecido e o Universo não teria nascido. Conseqüentemente, a energia deve ser transferida do tecido do espaço para a matéria e a radiação. Para ver a inflação como um campo, imagine uma bola no topo de uma colina. Enquanto a bola permanecer no topo, a inflação e a expansão exponencial continuarão. Mas para que a inflação termine, seja qual for o campo quântico responsável por ela, ela precisa passar de um estado instável de alta energia para um estado de equilíbrio de baixa energia. Essa transição, "rolar" a bola morro abaixo, põe fim à inflação e dá origem ao Big Bang.
No entanto, há um mas: o que é descrito acima funciona como um campo clássico, mas a inflação deveria, como todos os campos físicos, ser quântica por natureza. Como todos os campos quânticos, isso é descrito por uma função de onda, e a probabilidade da onda se propagar com o tempo. Se o valor do campo rolar lentamente morro abaixo, a propagação quântica da função de onda será mais rápida do que o roll-off, tornando possível - até provável - para o Big Bang e o fim da inflação.
Como o espaço se expande a uma taxa exponencial durante a inflação, isso significa que um número exponencialmente grande de regiões do espaço surgirá com o tempo. A questão é que a inflação não vai acabar em todos os lugares da noite para o dia; regiões diferentes receberão valores diferentes de campos quânticos e direções diferentes. Em algumas regiões, a inflação acabará e o campo deslizará para o vale. Em outros, a inflação continuará, dando vida a um novo espaço.
Daí vem o fenômeno da inflação eterna e a ideia de múltiplos universos. Onde termina a inflação, temos o Big Bang e o Universo - uma parte da qual podemos observar. Mas ao redor das regiões onde a inflação acabou e o Big Bang ocorreu, também haverá regiões onde a inflação não acabou e a expansão exponencial continua. Mais espaço em expansão nasce nessas regiões, afastando áreas onde a inflação acabou mais rápido do que elas podem se expandir. Cada uma das novas regiões em que ocorrerá o Big Bang será causalmente separada de nossa região, completa e para sempre.
Se você pensar no universo múltiplo como um imenso oceano, poderá desenhar os universos individuais nos quais o Big Bang ocorreu como pequenas bolhas no oceano. Essas bolhas, como bolhas reais que nascem no fundo do oceano, irão se expandir com o tempo, conforme nosso universo se expande. Mas, ao contrário da água líquida no oceano, o "oceano" do espaço-tempo inflacionário está se expandindo mais rápido do que as próprias bolhas podem se expandir. E como o espaço entre eles aumenta e sempre aumentará, as duas bolhas nunca se tocarão.
Seria uma grande surpresa, ao contrário das previsões da teoria quântica e inflacionária, se os dois universos colidissem. Embora a colisão dessas bolhas deixasse um hematoma em nosso universo, que detectaríamos com segurança após o Big Bang, não há evidências de tal hematoma. Como nossas melhores teorias previram.
Ilya Khel
