Você ficará surpreso ao saber que nosso universo é, na verdade, muito simples - são nossas teorias cosmológicas que se revelam desnecessariamente complexas, diz um dos principais físicos teóricos do mundo. Tal conclusão pode parecer ilógica: no final, para entender a verdadeira complexidade da Natureza, é preciso pensar mais amplo, estudar as coisas em escala cada vez menor, adicionar novas variáveis às equações, inventar física "nova" e "exótica". Algum dia descobriremos o que é a matéria escura, teremos uma ideia de onde as incomuns ondas gravitacionais estão se escondendo - se ao menos nossos modelos teóricos se tornassem mais desenvolvidos e mais … complexos.
Este não é o caso, diz Neil Turok, diretor do Perimeter Institute for Theoretical Physics em Ontário, Canadá. De acordo com Turok, se o universo, nas escalas maior e menor, nos diz alguma coisa, é sobre sua incrível simplicidade. Mas, para entender isso completamente, precisamos de uma revolução na física.
Em entrevista à Discovery, Turok observou que as principais descobertas das últimas décadas confirmaram a estrutura do Universo em escalas cosmológicas e quânticas.
“Em grande escala, mapeamos todo o céu - a radiação cósmica de fundo - e medimos a evolução do universo, como ele mudou, como se expandiu … e essas descobertas mostram que o universo é surpreendentemente simples”, diz ele. "Em outras palavras, você pode descrever a estrutura do Universo, sua geometria, a densidade da matéria com apenas um número."
A conclusão mais emocionante desse raciocínio é que é mais fácil descrever a geometria do universo com apenas um número do que descrever numericamente o átomo mais simples que conhecemos, o átomo de hidrogênio. A geometria do átomo de hidrogênio é descrita por três números que seguem das características quânticas de um elétron em sua órbita ao redor de um próton.
“Isso nos diz que o universo é liso, mas tem um pequeno nível de flutuação, que é descrito por esse número. E isso é tudo. O universo é a coisa mais simples que conhecemos."
Em algum lugar na extremidade oposta da escala, algo semelhante aconteceu quando os físicos exploraram o campo de Higgs usando a máquina mais complexa já construída por humanos, o Grande Colisor de Hádrons. Quando os físicos descobriram historicamente a partícula mediadora de Higgs - o bóson de Higgs em 2012 - ela acabou sendo o tipo mais simples descrito pelo Modelo Padrão de partículas.
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“A natureza usa a menor solução, o menor mecanismo imaginável para dar às partículas sua massa, sua carga elétrica e assim por diante”, diz Turok.
Os físicos do século 20 nos ensinaram que se você aumentar a precisão e se aprofundar no mundo quântico, encontrará um zoológico de novas partículas. Como os resultados experimentais produziram muitas informações quânticas, os modelos teóricos previram mais e mais partículas e forças. Mas agora chegamos a uma encruzilhada onde muitas de nossas idéias teóricas avançadas sobre o que está "além" de nossa compreensão atual da física estão aguardando alguns resultados experimentais que apoiarão previsões incomuns.
“Estamos em uma situação estranha onde o Universo está falando conosco; isso nos diz que é extremamente simples. Ao mesmo tempo, as teorias que se popularizaram (os últimos 100 anos da física) estão se tornando mais complexas, arbitrárias e imprevisíveis”, afirma.
O Turco aponta para a teoria das cordas, que foi anunciada como a "teoria da unificação final", reunindo todos os segredos do universo em um pacote organizado. E também em busca de evidências de inflação - a rápida expansão do Universo que experimentou quase imediatamente após o Big Bang, cerca de 14 bilhões de anos atrás - na forma de ondas gravitacionais primordiais gravadas contra a radiação cósmica de fundo, o "eco" do Big Bang. Mas, à medida que buscamos evidências experimentais, nos agarramos a palhas; a evidência experimental simplesmente não concorda com nossas teorias insuportavelmente complexas.
Nossas origens cósmicas
O trabalho teórico de Turok é dedicado à origem do universo, um tema que tem recebido muita atenção nos últimos meses.
No ano passado, a colaboração BICEP2, que usa um telescópio no Pólo Sul para estudar o CMB, anunciou a detecção de sinais de ondas gravitacionais primárias. Esta é uma espécie de "Santo Graal" da cosmologia - a descoberta das ondas gravitacionais geradas pelo Big Bang pode confirmar as teorias inflacionárias do Universo. Infelizmente para a equipe do BICEP2, eles anunciaram a "descoberta" antes mesmo que o Telescópio Espacial Europeu Planck (que também mapeia o fundo de microondas) mostrasse que o sinal do BICEP2 era causado por poeira em nossa galáxia, não por ondas gravitacionais antigas.
E se as ondas gravitacionais primordiais nunca o encontrarem? Muitos teóricos que depositaram suas esperanças em um Big Bang seguido por um período de rápida inflação podem ficar desapontados, mas, de acordo com Turok, “esta será uma dica poderosa” de que o Big Bang (no sentido clássico) pode não ser o início absoluto do universo.
“A coisa mais difícil para mim é descrever o próprio Big Bang matematicamente”, acrescenta Turok.
Talvez um modelo cíclico da evolução do universo - quando nosso universo entra em colapso e recomeça - se encaixasse melhor nas observações. Esses modelos incomuns não precisam produzir ondas gravitacionais primordiais e, se essas ondas não forem detectadas, talvez nossas teorias inflacionárias precisem ser aprimoradas.
Em relação às ondas gravitacionais que se prevê serem geradas pelo movimento rápido de objetos massivos em nosso universo moderno, Turok está confiante de que alcançamos tal grau de sensibilidade que nossos detectores devem detectá-las em breve, confirmando uma das previsões de Einstein sobre o espaço-tempo. "Esperamos ver ondas gravitacionais colidindo com buracos negros nos próximos cinco anos."
A próxima revolução?
Das escalas maiores às menores, o universo parece ser "sem escala" - em outras palavras, não importa para qual escala espacial ou de energia você olhe, não há nada de "especial" na escala. E essa conclusão fala a favor do fato de que o Universo tem uma natureza muito mais simples do que sugerem as teorias modernas.
“Esta é uma crise, mas uma crise no seu melhor”, diz Turok.
Portanto, a fim de explicar a origem do universo e chegar a um acordo com alguns dos mistérios mais misteriosos de nosso universo, como matéria escura e energia escura, podemos ter que olhar para o espaço de forma completamente diferente. Isso exigirá uma revolução na compreensão da física, uma abordagem revolucionária comparável em força à compreensão de Einstein de que o espaço e o tempo são as duas faces da mesma moeda, quando a relatividade geral foi formada.
“Precisamos de uma visão completamente diferente da física fundamental. Chegou a hora de ideias radicalmente novas”, finaliza Turok, lembrando que agora é um ótimo momento para os jovens estudarem física teórica, pois é a próxima geração que muito provavelmente mudará nossa compreensão do Universo.
Ilya Khel
