Os filósofos têm discutido a natureza do "nada", "nada", "nada", "vazio" por milhares de anos, mas o que a ciência moderna pode dizer sobre isso? Esta pergunta será respondida por Martin Rees, Astrônomo da Royal Society e Professor Emérito de Cosmologia e Astrofísica da Universidade de Cambridge. Ele explica que quando os físicos discutem "nada", eles se referem ao espaço vazio (vácuo). Pode parecer bastante comum, mas experimentos mostram que o espaço vazio não é realmente vazio - ele contém uma energia misteriosa que pode nos dizer algo sobre o destino do universo.
Uma entrevista com Martin Rees apresentada pela revista The Conversation.
O espaço vazio é igual a nada?
O espaço vazio não parece nada para nós. Por analogia, a água pode parecer "nada" para os peixes - é a água que permanece quando você remove tudo o mais que flutua no mar. Da mesma forma, o espaço vazio acaba sendo bastante difícil na prática.
Sabemos que o universo está muito vazio. A densidade média do espaço é de cerca de um átomo para cada dez metros cúbicos - o ambiente é muito mais rarefeito do que qualquer vácuo que possamos obter na Terra. Mas mesmo com toda a matéria removida, o espaço tem um tipo de elasticidade que (como recentemente confirmado) permite que as ondas gravitacionais - as ondulações do próprio espaço - se propaguem através dele. Além disso, aprendemos que no próprio espaço vazio existe uma forma exótica de energia.
Aprendemos sobre essa energia do vácuo pela primeira vez no século 20, com o advento da mecânica quântica, que explica o comportamento dos átomos e partículas na menor escala. Segue-se disso que o espaço vazio consiste em um campo de flutuações na energia de fundo - que dá vida a ondas e partículas virtuais, aparecendo e desaparecendo de vez em quando. Eles podem até mesmo criar uma pequena força. Mas e quanto ao espaço em branco em grande escala?
O fato de que o espaço vazio cria uma força em grande escala foi descoberto há 20 anos. Os astrônomos descobriram que a expansão do universo está se acelerando. Isso foi uma surpresa. A expansão era conhecida há mais de 50 anos, mas todos pensavam que a expansão iria desacelerar devido à atração gravitacional que as galáxias e outras estruturas exercem umas sobre as outras. Portanto, foi uma grande surpresa para todos que a desaceleração devido à gravidade foi compensada por algo que "empurrou" a expansão. Descobriu-se que no próprio espaço vazio há energia que cria uma espécie de repulsão que supera a atração da gravidade nessas grandes escalas. Este fenômeno - energia escura - é a manifestação mais incrível do fato de que o espaço vazio não é enrugado ou vazio. Além disso,este fato determina o futuro destino de nosso Universo.
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Existe um limite para o que podemos aprender? Em uma escala de um trilhão de trilhões de vezes menor que um átomo, as flutuações quânticas no espaço-tempo podem dar origem não apenas a partículas virtuais, mas também a buracos negros virtuais. Isso está dentro dos limites que não podemos observar e entender que, pelo menos hipotéticos, precisamos combinar a teoria da gravidade com a mecânica quântica - e isso é incrivelmente difícil.
Existem várias teorias para entender isso, das quais a mais famosa é a teoria das cordas. Mas nenhuma dessas teorias ainda está relacionada ao mundo real - portanto, ainda não têm fundamento. Acho que quase todo mundo reconhecerá que o próprio espaço tem uma estrutura complexa em uma escala minúscula onde os efeitos gravitacional e quântico se encontram.
Sabemos que nosso universo tem três dimensões espaciais: você pode se mover para a esquerda e para a direita, para frente e para trás, para cima e para baixo. O tempo é como a quarta dimensão. No entanto, há uma forte suspeita de que se você ampliar um ponto minúsculo no espaço até sentir aquela escala minúscula, você descobrirá que será um origami densamente comprimido de cinco dimensões extras que não podemos ver. Como se você estivesse olhando para a mangueira de longe e pensasse que era apenas uma linha. Aproximando-se, você verá que uma dimensão é essencialmente três. A teoria das cordas inclui matemática complexa - assim como as teorias concorrentes. Mas esta é exatamente a teoria de que precisamos se quisermos compreender no nível mais profundo a coisa mais próxima do vazio que pode ser imaginado: o espaço vazio, obviamente.
Dentro do nosso entendimento atual, como podemos explicar que todo o nosso universo está se expandindo do nada? Será que realmente começou com uma pequena flutuação na energia do vácuo?
Algumas transições ou flutuações misteriosas podem repentinamente levar ao fato de que parte do espaço começou a se expandir, acreditam alguns teóricos. As flutuações inerentes à teoria quântica poderiam abalar todo o universo se ele fosse comprimido em escalas pequenas o suficiente. Isso deveria ter acontecido em cerca de 10 (a -44) segundos - esta é a hora de Planck. Nessas escalas, o tempo e o espaço estão interligados, então a ideia de um relógio correndo não faz sentido. Podemos extrapolar nosso universo com um alto grau de certeza de volta ao nanossegundo e com um alto grau de probabilidade de retornarmos mais perto do tempo de Planck. Mas depois disso nossos palpites não são mais válidos - a física nessa escala é substituída por alguma outra teoria mais complexa.
Se pode ser que uma flutuação em alguma parte aleatória do espaço vazio deu vida ao universo, por que a mesma coisa não pode acontecer a outra parte do espaço vazio - e dar vida a universos paralelos em um multiverso infinito?
A ideia de que nosso Big Bang não é o único e de que o que vemos por meio de nossos telescópios é um pequeno pedaço da realidade física é bastante popular entre os físicos. E existem muitas versões do universo cíclico. Apenas 50 anos atrás, surgiram fortes evidências de que o Big Bang aconteceu. Mas, desde então, especulou-se que ele só poderia ser um episódio em um universo cíclico. Também há uma tendência de entender que a realidade física é muito mais do que a quantidade de espaço e tempo que podemos tocar, mesmo com a ajuda dos telescópios mais poderosos.
Portanto, não temos ideia se houve um Big Bang ou muitos - existem cenários que prevêem muitos Big Bangs e cenários que prevêem um. Acho que devemos estudar todos eles.
Qual é o fim do universo?
A previsão mais simples para um futuro distante é que o universo continuará a se expandir cada vez mais rápido, tornando-se mais frio e mais vazio. As partículas nele podem se desintegrar, dissolvendo-se infinitamente no vazio. Podemos nos encontrar em um grande volume de espaço, mas será ainda mais vazio do que o espaço está agora. Este é um dos cenários. Há outros que prevêem uma "reversão" da direção da energia escura, da repulsão à atração, como resultado da qual seremos comprimidos em um ponto denso.
Existe também a ideia de Roger Penrose de que o universo continuará a se expandir, tornando-se cada vez mais diluído, mas de alguma forma - quando não há nada nele exceto fótons, partículas de luz - os objetos nele serão recalibrados e o espaço se tornará de alguma forma um gerador de um novo Big Bang … Esta será uma versão muito exótica do antigo universo cíclico - mas, por favor, não me peça para explicar as idéias de Penrose.
Você está confiante de que a ciência um dia descobrirá o mistério do que é esse "nada"? Mesmo se pudéssemos provar que o universo emergiu de uma estranha flutuação em um campo de vácuo, não deveríamos estar nos perguntando de onde veio esse campo de vácuo?
A ciência tenta fornecer respostas, mas cada vez que as encontramos, novas questões surgem - nunca teremos o quadro completo. Quando comecei a fazer pesquisas no final dos anos 1960, havia dúvidas de que realmente houvesse um Big Bang. Agora não há mais dúvidas e podemos dizer com uma precisão de cerca de 2% que o universo foi o mesmo por 13,8 bilhões de anos, até o primeiro nanossegundo. Este é um grande progresso. É ridiculamente otimista acreditar que nos próximos 50 anos resolveremos as difíceis questões do que está acontecendo na era quântica ou "inflacionária".
Mas, é claro, surge outra questão: quanta ciência será compreensível para o cérebro humano? Pode ser que a matemática da teoria das cordas seja, em certo sentido, uma descrição correta da realidade, mas nunca podemos entendê-la bem o suficiente para testá-la contra qualquer observação genuína. Então, talvez tenhamos que esperar que alguns pós-humanos apareçam para obter uma compreensão mais completa.
Ilya Khel
