As flutuações de vácuo podem causar a formação de proto-universos virtuais, que, sob certas condições, são capazes de passar de um estado virtual para um real.
Os físicos vêm tentando há muitos anos construir uma teoria quântica da gravidade - até agora, infelizmente, sem sucesso. Quase todos eles concordam que tal teoria deveria combinar a teoria relativística da gravitação de Einstein com a mecânica quântica, e esta é uma tarefa muito, muito difícil.
A mecânica quântica, com todos os seus paradoxos, no entanto, descreve as propriedades dos objetos que existem no espaço newtoniano não curvo. A futura teoria da gravidade deveria estender as leis probabilísticas da mecânica quântica às propriedades do próprio espaço (mais precisamente, espaço-tempo), deformadas de acordo com as equações da relatividade geral. Como fazer isso usando cálculos matemáticos rigorosos, ninguém realmente sabe ainda.
Parto frio
No entanto, os caminhos para tal união podem ser pensados em um nível qualitativo, e aqui aparecem perspectivas muito interessantes. Um deles foi considerado pelo famoso cosmólogo, professor da Universidade do Arizona Lawrence Krauss em seu livro recentemente publicado "A Universe From Nothing" ("Universo do nada"). Sua hipótese parece fantástica, mas de forma alguma contradiz as leis estabelecidas da física.
Acredita-se que nosso universo surgiu de um estado inicial muito quente com uma temperatura da ordem de 1032 kelvin. No entanto, é possível imaginar o nascimento frio de universos a partir de um puro vácuo - mais precisamente, de suas flutuações quânticas. É bem sabido que tais flutuações geram muitas partículas virtuais que literalmente emergiram do nada e posteriormente desapareceram sem deixar vestígios. Segundo Krauss, as flutuações do vácuo, em princípio, são capazes de dar origem a proto-universos igualmente efêmeros, que, em certas condições, passam de um estado virtual para um real.
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Universo sem energia
O que é necessário para isso? A primeira e principal condição é que o embrião do universo futuro deve ter energia total zero. Nesse caso, não só não está fadado ao desaparecimento quase instantâneo, mas, ao contrário, pode existir por um tempo arbitrariamente longo. Isso se deve ao fato de que, segundo a mecânica quântica, o produto da incerteza na energia de um objeto pela incerteza em seu tempo de vida não deve ser menor que o valor final - a constante de Planck.
A separação das interações fundamentais em nosso universo inicial tinha a natureza de uma transição de fase. Em temperaturas muito altas, as interações fundamentais foram combinadas, mas após o resfriamento abaixo da temperatura crítica, a separação não ocorreu (isso pode ser comparado ao super-resfriamento da água). Naquele momento, a energia do campo escalar associada à unificação ultrapassou a temperatura do Universo, o que dotou o campo de pressão negativa e causou inflação cosmológica. O Universo começou a se expandir muito rapidamente e, no momento da quebra da simetria (a uma temperatura de cerca de 1028 K), suas dimensões aumentaram em 1050 vezes. Nesse momento, o campo escalar associado à unificação das interações também desapareceu, e sua energia foi transformada em uma nova expansão do Universo.
Assim que a energia de um objeto é estritamente igual a zero, ela é conhecida sem quaisquer incertezas e, portanto, o tempo de sua vida pode ser infinitamente longo. É devido a esse efeito que dois corpos carregados localizados a distâncias muito grandes são atraídos ou repelidos um do outro. Eles interagem por meio da troca de fótons virtuais, que, devido à sua massa zero, se espalham por qualquer distância. Pelo contrário, os bósons do vetor de calibre que carregam interações fracas, devido à sua grande massa, existem por apenas cerca de 10-25 segundos, como resultado dessas interações têm um raio muito pequeno.
Que tipo de universo, embora embrionário, com energia zero? Como o professor Krauss explicou à Popular Mechanics, não há nada de místico nisso: “A energia de tal universo é composta de energia positiva de partículas e radiação (e possivelmente também campos escalares de vácuo) e energia potencial negativa da gravidade. Sua soma pode ser igual a zero - a matemática permite isso. No entanto, é muito importante que tal equilíbrio de energia seja possível apenas em mundos fechados, cujo espaço tenha uma curvatura positiva. Universos planos e ainda mais abertos não possuem tal propriedade”.
A transição de fase ocorreu na evolução do Universo três vezes: a uma temperatura de 10 a 28 graus K (a Grande Unificação das interações se desintegrou), 10 a 15 graus K (decaimento da interação eletrofraca) e 10 a 12 graus K (quarks começaram a se unir em hadrons).
Milagres de inflação
O que acontece se as flutuações quânticas do vácuo derem origem a um universo virtual com energia zero, que, devido às chances quânticas, recebeu algum tempo de vida e evolução? Depende de sua composição. Se o espaço do universo estiver cheio de matéria e radiação, ele primeiro se expandirá, atingirá seu tamanho máximo e entrará em colapso no colapso gravitacional, tendo existido por apenas uma minúscula fração de segundo. Outra questão é se existem campos escalares no espaço que podem desencadear o processo de expansão inflacionária. Existem cenários em que essa expansão não só impede o colapso gravitacional do universo "bolha", mas também o transforma em um mundo quase plano e ilimitado. Assim, o tempo de sua vida cresce incomensuravelmente - quase até o infinito. Portanto,um minúsculo universo virtual torna-se bastante real - enorme e duradouro. Mesmo que sua idade seja finita, pode muito bem exceder a idade atual de nosso universo. Portanto, estrelas e aglomerados de estrelas, planetas e até, o que diabos não é brincadeira, vida inteligente podem aparecer lá. Um universo desenvolvido que surgiu literalmente do nada - esses são os milagres de que a inflação é capaz!
Alexey Levin
