Janna Levin: O som que universo faz

Quero pedir a todos que considerem por um segundo o simples fato de que, de longe, a maioria do que sabemos sobre o universo vem através da luz. Nós podemos estar na Terra e olhar para o céu à noite e ver estrelas a olhos nus. O Sol queima a nossa visão periférica, vemos a luz refletida na Lua, e desde que Galileu apontou o seu telescópio rudimentar para os corpos celestes, o universo que conhecemos chega até nós através da luz, em vastas eras da história cósmica. E com todos os nossos telescópios modernos, fomos capazes de montar este filme mudo impressionante do universo - estas séries de instantâneos que voltam até o momento do Big Bang.

Mas o universo não é um filme mudo, porque o universo não é silencioso. Eu gostaria de convencê-los de que o universo tem uma trilha sonora, e que essa trilha sonora é tocada no próprio espaço. Porque o espaço pode oscilar como um tambor. Ele pode tocar um tipo de gravação através do universo de alguns dos acontecimentos mais dramáticos que se vão desenrolando. Agora nós gostaríamos de poder de adicionar a este tipo de composição visual gloriosa que temos do universo uma composição sonora. E embora nunca fomos capazes de ouvir os sons do espaço, nós deveríamos, nos próximos anos, começar a aumentar o volume do que está acontecendo lá fora.

Então, com essa ambição de capturar as músicas do universo, voltamos nosso foco para os buracos negros e a promessa que eles têm, porque os buracos negros podem bater no espaço-tempo como marretas sobre um tambor e têm uma música muito característica, e eu gostaria de tocar para vocês algumas das nossas previsões de como tal música pode ser. Agora, os buracos negros são escuros contra um céu escuro. Nós não podemos vê-los diretamente. Eles não são trazidos a nós com luz, pelo menos não diretamente. Podemos vê-los indiretamente, porque os buracos negros causam estragos em seu ambiente. Eles destroem as estrelas ao seu redor. Eles trituram os detritos pelo caminho. Mas eles não chegam diretamente a nós através da luz. Poderemos um dia ver uma sombra um buraco negro pode se moldar em um fundo muito brilhante, mas isso ainda não aconteceu. Mas buracos negros podem ser ouvidos mesmo que não possam ser vistos, e isso é porque batem no espaço-tempo como um tambor.

Nós devemos a ideia de que o espaço pode soar como um tambor a Albert Einstein, a quem devemos muito. Einstein percebeu que se o espaço fosse vazio, se o universo fosse vazio, seria esta figura, exceto talvez pela grade desenhada nela. Mas se estivéssemos em queda livre no espaço, mesmo sem esta grade útil, poderíamos ser capazes de pintá-la nós mesmos, porque iríamos perceber que viajávamos em linha reta, caminhos totalmente retos através do universo. Einstein também percebeu - e esta é a parte importante - que se você colocar energia ou massa no universo, curvaria o espaço. E um objeto em queda livre passaria, digamos, pelo sol e seria desviado ao longo das curvas naturais do espaço. Foi a grande teoria geral da relatividade de Einstein. Até mesmo a luz vai ser dobrada por esses caminhos. E você pode ser tão dobrado que você é pego na órbita ao redor do Sol, como a Terra é, ou a Lua em torno da Terra. Estas são as curvas naturais do espaço.

O que Einstein não percebeu foi que, se você pegasse o nosso Sol e o esmagasse para seis quilômetros - então se você pegasse um milhão de vezes a massa da Terra e a esmagasse para seis quilômetros de diâmetro, você faria um buraco negro, um objeto tão denso que se a luz chegasse muito perto, ela nunca escaparia - uma sombra escura contra o universo. Não foi Einstein que percebeu isso, foi Karl Schwarzchild que foi um judeu alemão na Primeira Guerra Mundial - entrou para o exército alemão quando já era um cientista realizado, trabalhando no fronte russo. Gosto de imaginar Schwarzchild na guerra, nas trincheiras calculando trajetórias balísticas dos tiros de canhão, e ao mesmo tempo calculando as equações de Einstein - como feito nas trincheiras. E ele estava lendo a teoria geral da relatividade recentemente publicada por Einstein, e ele ficou entusiasmado com ela. E ele rapidamente elaborou uma solução matemática exata que descrevia algo extraordinário: curvas tão fortes que o espaço "choveria" sobre elas, o próprio espaço se curvaria como uma cachoeira que desce pela garganta de um buraco. E mesmo a luz não poderia escapar desta corrente. A luz seria arrastada buraco abaixo assim como todo o resto, e tudo o que sobraria seria uma sombra.

Ele escreveu para Einstein, e disse: "Como você vai ver, a guerra tem sido boa o suficiente para mim apesar da artilharia pesada. Eu fui capaz de fugir de tudo e andar pelo terreno de suas ideias. " E Einstein ficou muito impressionado com a sua solução exata, e eu espero que também com a dedicação do cientista. Este é o cientista esforçado em condições adversas. E ele levou idéia de Schwarzchild para a Academia Prussiana de Ciências na semana seguinte. Mas Einstein sempre pensou que os buracos negros fossem uma esquisitice matemática. Ele não acreditava que eles existiam na natureza. Ele achava que a natureza nos protegeria de sua formação. Só depois de muitas décadas é que o termo buraco negro foi cunhado e as pessoas perceberam que os buracos negros são objetos astrofísicos reais - na verdade, eles estão o estado de morte de estrelas muito maciças que se destroem catastroficamente no final de suas vidas.

Mas o nosso Sol não irá se transformar em um buraco negro. Na verdade, ele não é grande o suficiente. Mas se nós fizéssemos uma experiência mental - como Einstein gostava muito de fazer - poderíamos imaginar o Sol esmagado para seis quilômetros, junto com uma Terra minúscula em sua órbita, talvez 30 km fora do sol-buraco negro. E ela seria auto-iluminada, porque agora o sol já era não temos outra fonte de luz - então vamos fazer a nossa Terra auto-iluminada. E poderíamos colocar a Terra em uma órbita feliz mesmo a 30 km fora deste buraco negro esmagado. Este buraco negro esmagado se encaixaria dentro de Manhattan, mais ou menos. Poderia passar um pouco para o Rio Hudson antes de destruir a Terra. Mas basicamente é disso que estamos falando. Estamos falando de um objeto que você pode esmagar até a metade da área de Manhattan.

Então movemos a Terra bem perto - 30 km para fora - e percebemos que está perfeitamente normal orbitando o buraco negro. Há uma espécie de mito, que os buracos negros devoram tudo no universo, mas na verdade você tem que chegar muito perto para cair dentro. Mas o impressionante é que, do nosso ponto de vista, sempre podemos ver a Terra. Ela não pode se esconder atrás do buraco negro. A luz da Terra, um pouco cai no buraco, mas parte dela faz a volta e é trazida de volta para nós. Então não dá para esconder nada trás de um buraco negro. Se isso fosse Battlestar Galactica e você está lutando contra os Cylons, não se esconda atrás do buraco negro. Eles podem vê-lo.

Agora, nosso Sol não se transformará em um buraco negro; não é grande o suficiente, mas existem dezenas de milhares de buracos negros na nossa galáxia. E se algum causasse um eclipse da Via Láctea, seria mais ou menos assim. Nós veríamos uma sombra do buraco negro contra a cem bilhões de estrelas na Via Láctea e suas faixas de poeira luminosa. E se caíssemos nesse buraco negro, veríamos toda essa luz fazendo a volta torno dele, e poderíamos até mesmo começar a cruzar a sombra e realmente não perceber que algo dramático tinha acontecido. Seria ruim se nós tentássemos lançar nossos foguetes e sair de lá porque nós não poderíamos, mais do que a luz pode escapar.

Mas, apesar do buraco negro ser escuro pelo lado de fora, não é escuro por dentro, porque toda a luz da galáxia pode cair atrás de nós. E mesmo que, devido a um efeito relativístico conhecido como dilatação do tempo, nossos relógios iriam parecer desacelerar em relação ao tempo galáctico, pareceria como se a evolução da galáxia tivesse sido acelerada e atirada em nós, momentos antes de sermos esmagados até a morte pelo buraco negro. Seria como uma experiência de quase-morte onde você vê a luz no fim do túnel, mas é uma experiência de morte total. (Risos) E não há maneira de contar para alguém sobre a luz no fim do túnel.

Agora, nós nunca vimos uma sombra como essa de um buraco negro, mas os buracos negros podem ser ouvidos, mesmo que eles não sejam vistos. Imaginem agora a uma situação astrofisicamente realista - imagine dois buracos negros que viveram uma vida longa juntos. Talvez eles começaram como estrelas e se transformaram em dois buracos negros - cada um com 10 vezes a massa do Sol. Então agora nós vamos esmagá-los até 60 km de diâmetro. Eles podem girar centenas de vezes por segundo. No final de suas vidas, eles se movem em torno de cada um muito perto da velocidade da luz. Então, eles cruzam milhares de quilômetros em uma fração de segundo. E à medida que o fazem, eles não só curvam o espaço, mas eles deixam para trás um toque de espaço, uma onda real no espaço-tempo. O espaço se aperta e se estica à medida que emana desses buracos negros batendo sobre o universo. E eles viajam no cosmos na velocidade da luz.

Esta simulação por computador é de um grupo de relatividade na NASA Goddard. Demorou quase 30 anos para uma pessoa no mundo solucionar este problema. Este foi um dos grupos. Ela mostra dois buracos negros orbitando um ao outro, novamente, com essas curvas prestativamente pintadas. E se vocês podem ver - está meio fraco - mas se vocês podem ver as ondas vermelhas emanando para fora, estas são as ondas gravitacionais. Elas são, literalmente, o espaço fazendo som, e elas viajam desses buracos negros na velocidade da luz à medida que vão abaixando o som e se aglutinam em um buraco negro giratório e silencioso no fim do dia. Se você estivesse perto o suficiente, seu ouvido ressoaria com a compressão e alongamento do espaço. Você literalmente ouviria o som. Mas é claro que sua cabeça seria espremida e estendida, então você poderia não entender o que estava acontecendo. Mas eu gostaria de tocar para vocês o som que especulamos.

Este é do meu grupo - um modelo de computador ligeiramente menos glamuroso. Imaginem um buraco negro mais leve caindo em um buraco negro muito pesado. O som que estão ouvindo é o buraco negro leve batendo no espaço cada vez que se aproxima. Se fica longe, é um pouco quieto. Mas vem como um martelo, e literalmente fissura o espaço, balançando-o como um tambor. E nós podemos prever como será o som. Sabemos que, enquanto cai no buraco, ele fica mais rápido e mais alto. E finalmente, vamos ouvir o menor cair dentro do maior. (Batida) Então ele desaparece. Eu nunca ouvi ele tão alto - é mais dramático. Em casa soa como um anticlímax. É uma espécie de ding, ding, ding.

Este é um outro som do meu grupo. Eu não estou mostrando as imagens porque os buracos negros não deixam para trás trilhas úteis de tinta, e o espaço não é pintado, mostrando as curvas. Mas se você flutuasse no espaço por um feriado no espaço e ouvisse isso, é hora de se mandar. (Risos) Sair de perto do som. Ambos os buracos negros estão se movendo. Ambos os buracos negros estão ficando mais próximos. Neste caso, ambos estão oscilando muito. E então eles vão se fundir. (Batida) Desapareceu. O chilro é muito característico dos buracos negros se fundindo - que chilra no final. Essa é a nossa previsão para o que vamos ver.

Felizmente estamos a uma distância segura em Long Beach, Califórnia. E, certamente, em algum lugar do universo dois buracos negros se fundiram. E, certamente, o espaço que nos rodeia está fazendo som depois de ter viajado talvez um milhão de anos-luz, ou um milhão de anos, na velocidade da luz para chegar até nós. Mas o som é muito baixo para qualquer um de nós ouvir. Há experiências muito diligentes sendo feitas na Terra - uma chamada LIGO - que vai detectar desvios na compressão e alongamento do espaço a menos do que a fração de um núcleo de um átomo em cerca de quatro quilômetros. É uma experiência extremamente ambiciosa, e vai estar na sensibilidade avançada dentro dos próximos anos - para captá-lo. Há também uma missão proposta para o espaço, que espero que seja lançada nos próximos dez anos, chamada LISA. E LISA será capaz de ver super-buracos negros - buracos negros milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol.

Nesta imagem do Hubble, vemos duas galáxias. Eles parecem que estão congeladas em um abraço. E cada uma provavelmente comporta um super-buraco negro em seu núcleo. Mas elas não estão congeladas, elas estão na verdade se fundindo. Estes dois buracos negros estão colidindo, e eles irão se fundir em uma escala de tempo bilhões de anos. Está além de nossa percepção humana captar uma música com essa duração. Mas LISA poderá ver os estágios finais de dois super-buracos negros anteriormente na história do universo, os últimos 15 minutos antes de se juntarem. E não são só buracos negros, mas também qualquer perturbação grande no universo - e a maior de todas é o Big Bang. Quando essa expressão foi cunhada, ela era debochada - como, "Oh, quem acreditaria em um Big Bang?" Mas agora ele realmente pode ser mais tecnicamente preciso, porque ele poderia "bater"; poderia fazer um som.

Esta animação dos meus amigos da Proton Studios mostra o Big Bang visto pelo lado de fora. Nós nunca vamos querer fazer isso; queremos estar dentro do universo, porque não é possível estar fora do universo. Então imagine que você está dentro do Big Bang. Está em toda parte, está ao seu redor, e o espaço está balançando caoticamente. 14 bilhões de anos se passam e essa música ainda está tocando ao nosso redor. Galáxias se formam, e gerações de estrelas se formam nessas galáxias. E em volta de uma estrela, pelo menos uma estrela, existe um planeta habitável. E aqui estamos, freneticamente fazendo essas experiências, fazendo cálculos, escrevendo códigos de computador.

Imaginem um bilhão de anos atrás, dois buracos negros colidiram. Essa música vem tocando no espaço por todo esse tempo. Nós nem estávamos aqui. Fica cada vez mais perto - 40.000 anos atrás, nós ainda pintávamos cavernas. É como 'Depressa! Montem seus instrumentos. Está ficando cada vez mais perto, e em 20 ...' qualquer que seja o ano que nossos detectores estejam finalmente em sensibilidade avançada - nós vamos construí-los, vamos ligar as máquinas e, bang, nós vamos capturá-lo - a primeira música do espaço. Se fosse o Big Bang que captássemos, soaria assim. (Estática) É um som terrível. É literalmente a definição de ruído. É um ruído branco, é um toque tão caótico. Mas está ao nosso redor e em toda parte, presumidamente, se não tiver sido eliminado por algum outro processo no universo. E se conseguirmos capturá-lo, ele vai ser música para nossos ouvidos, porque ele vai ser o eco silencioso do momento da nossa criação, do nosso universo observável.

Então, nos próximos anos, nós seremos capazes de aumentar um pouco a trilha sonora, mostrar o universo em áudio. Mas se detectarmos os primeiros momentos, isso nos trará muito mais perto de compreender o Big Bang, o que nos traz muito mais perto de perguntar algumas das questões mais difíceis e esquivas. Se tocarmos um filme do nosso universo de trás para frente, sabemos que houve um Big Bang no nosso passado, e podemos até ouvir o som cacofônico do mesmo, mas foi o nosso Big Bang o único Big Bang? Nós temos que nos perguntar se isso aconteceu antes. Será que vai acontecer de novo? Quero dizer, no espírito de encarar o desafio do TED reacender a maravilha, podemos fazer perguntas, pelo menos neste última minuto, que honestamente pode nos abandonar para sempre.

Mas temos que perguntar: É possível que nosso universo seja apenas uma pluma fora de uma história maior? Ou, é possível que nós sejamos apenas um ramo fora de um multiverso - cada ramo com o seu próprio Big Bang em seu passado - talvez alguns deles com buracos negros tocando tambores, talvez alguns sem - talvez alguns com vida consciente, e talvez alguns sem - não em nosso passado, não em nosso futuro, mas de algum modo fundamentalmente ligados a nós? Então temos que nos perguntar se, existindo um multiverso, em alguma outra parte desse multiverso, existem criaturas? Aqui está minhas criaturas do multiverso. Existem outras criaturas no multiverso, perguntando sobre nós e perguntando sobre suas próprias origens? E se existem, posso imaginá-las como nós somos, calculando, escrevendo códigos de computador, construindo instrumentos, tentando detectar qualquer som de suas origens e querendo saber quem mais está lá fora.

Obrigada. Obrigada.

(Aplausos)