Brian Greene: Será o nosso universo o único universo?

Há alguns meses atrás o prémio Nobel da Física foi dado a duas equipas de astrónomos por uma descoberta que tem sido aclamada como uma das mais importantes observações astronómicas de todos os tempos. E hoje, após descrever brevemente o que eles encontraram, vou-vos falar sobre situação polémica gerada para explicar as suas descobertas: nomeadamente a possibilidade de que muito para além da Terra, da Via Láctea e de outras galáxias distantes, nós possamos achar que o nosso universo não é o único universo, mas ao contrário disso, parte de um vasto complexo de universos que nós chamamos multiverso.

Agora, a ideia de um multiverso é estranha. Ou seja, a maioria de nós foi educada para acreditar que a palavra "universo" significa tudo. E eu digo a maioria de nós, com prudência, já que a minha filha de quatro anos tem-me ouvido falar sobre estas ideias desde que nasceu. E no ano passado eu a estava a abraçá-la e disse: "Sophia, eu amo-te mais do que tudo no universo". E ela virou-se para mim e disse: "Pai, universo ou multiverso?" (Risos)

Mas excepto por uma educação anormal é estranho imaginar outros domínios separados dos nossos, a maioria com características fundamentalmente diferentes, que poderiam certamente ser chamadas de universos de si mesmos. E ainda, apesar do quão especulativa é a ideia, eu pretendo convencer-vos que há uma razão para levar isto a sério, porque a ideia pode estar certa. Eu vou contar a história do multiverso em três partes. Na primeira parte, eu vou descrever os resultados dos ganhadores do Prémio Nobel e destacar um profundo mistério que esses resultados revelaram. Na segunda parte, Eu vou oferecer uma solução para esse mistério. Com base numa abordagem chamada teoria das cordas, e é onde a ideia de multiverso entrará na história. Finalmente, na terceira parte, Eu vou descrever uma teoria cosmológica chamada Inflação, que irá juntar todas as peças da história.

Ok, a primeira parte começa em 1929 quando o grande astrónomo Edwin Hubble percebeu que as galáxias distantes estavam todas a se afastar de nós estabelecendo que o espaço está-se a alongar, está-se a expandir. Agora, isso foi revolucionário. A sabedoria que prevalecia era que na maior das escalas o universo era estático. Mas ainda mais, havia uma coisa sobre a qual todo mundo tinha certeza: a expansão devia de estar a reduzir de velocidade. Isso, tanto quanto a força gravitacional daTerra que retarda a subida de uma maçã jogada para o alto, a força gravitacional de cada galáxia sobre todos as outras deve estar a reduzir a expansão do espaço.

Agora vamos avançar rapidamente para os anos 90 quando duas equipas de astrónomos que mencionei no início estavam inspirados por esse raciocínio para medir a taxa na qual a expansão estava a diminuir. E eles fizeram isso através de meticulosas observações de numerosas galáxias longínquas permitindo-lhes traçar como a taxa de expansão tem mudado ao longo do tempo. Aqui está a surpresa: eles descobriram que a expansão não está a reduzir de velocidade. muito pelo contrário, eles descobriram que está a acelerar, expandindo-se com cada vez maior rapidez. É como jogar uma maçã para cima e ela subir cada vez mais rapidamente. Agora, se vissem uma maçã a fazer isso, iriam querer saber porquê. O que a está forçando a isso?

Da mesma forma, os resultados dos astrónomos estavam certamente a merecer o Prémio Nobel, mas eles levantaram uma questão semelhante a esta: que força está conduzindo todas as galáxias a se afastarem tão rapidamente umas das outras numa velocidade cada vez mais acelerada? Bem, a resposta mais promissora vem de uma antiga ideia de Einstein. Vejam vocês, todos nós estamos acostumados com a gravidade sendo a força que faz uma coisa, mantém os objectos juntos. Mas na teoria da gravidade de Einstein, a sua teoria geral da relatividade, a gravidade pode também manter as coisas separadas.

Como? Bem, de acordo com a matemática de Einstein, se o espaço é uniformemente preenchido com uma energia invisível, um tipo de vapor uniforme e invisível, então a gravidade gerada por esse vapor seria repulsiva, gravidade repulsiva, o que é só o que precisamos para explicar as observações. Devido à gravidade repulsiva de uma energia invisível no espaço - que nós agora podemos chamar de energia negra, mas aqui fiz com fumo branco para que possam vê-la - a sua gravidade repulsiva faria cada galáxia impulsionar-se contra as outras levando a expansão a acelerar, não reduzir. E essa explicação representa um grande progresso.

Mas prometi-vos um mistério aqui na primeira parte. Aqui está. Quando os astrónomos resolviam quanto da energia negra precisa ser infundida no espaço para a explicação da aceleração cósmica, olhem o que eles descobriram. Esse número é pequeno. Colocado na unidade aproprida, é espectacularmente pequeno. E o mistério é explicar esse número singular. Nós queremos que esse número surja das leis da física, mas até agora ninguém encontrou uma maneira para fazer isso.

Agora devem estar a pensar, isso é importante para si? Talvez explicar esse número é apenas uma questão técnica, um detalhe técnico de interesse dos especialistas, mas sem nenhuma relevância para mais ninguém. Bem, isso certamente é um detalhe técnico, mas alguns detalhes realmente importam. Alguns detalhes fornecem janelas para dentro de regiões desconhecidas de realidade e esse número singular pode estar a fazer exactamente isso, já que a única abordagem que até agora fez progresso para explicá-lo invoca a possibilidade de outros universos - uma ideia que naturalmente surge da teoria das cordas, a qual me leva para a segunda parte: a Teoria das Cordas.

Portanto, mantenham o mistério da energia negra em mente porque eu agora vou-vos contar três pontos-chave sobre a teoria das cordas. Primeiro, o que é isso? Bem, é uma abordagem para entender o sonho de Einstein de uma teoria de física unificada, um único quadro geral que seria capaz de descrever todas as forças em acção no universo. E a ideia central da teoria das cordas é bem simples de entender. Ela diz que se você examinar qualquer peça de matéria cada vez mais detalhadamente, primeiro você irá encontrar moléculas e então você irá encontrar átomos e partículas subatómicas. Mas a teoria diz que se você puder investigar coisas menores, muito menores do que nós podemos com a tecnologia existente, será possível descobrir algo mais dentro destas partículas - um filamento minúsculo de vibração de energia, uma leve vibração de cordas. E exactamente como as cordas de um violino, elas podem vibrar em diferentes padrões produzindo diferentes notas musicais. Essas pequenas cordas fundamentais quando vibram em diferentes padrões, produzem diferentes tipos de partículas - então electrões, quarks, neutrões, fotões, todas as outras partículas estariam unidas dentro de um único quadro, como se todas elas surgissem da vibração das cordas É um quadro atraente, um tipo de sinfonia cósmica onde toda a riqueza que vemos no mundo ao nosso redor emerge da música que essas pequenas, minúsculas cordas podem tocar.

Mas há um preço para esta elegante unificação, porque anos de pesquisa têm demonstrado que a matemática da teoria das cordas não funciona muito bem. Ela tem inconsistências internas, a não ser que concordemos que é por algo totalmente estranho - dimensões extras do espaço. Isto é, todos nós sabemos sobre as três dimensões do espaço. E vocês podem pensar neles como altura, largura e profundidade, mas a teoria das cordas diz que, em escalas fantasticamente pequenas, há dimensões adicionais reunidas num tamanho tão minúsculo que nós não as detectámos. Mas mesmo que as dimensões esteja escondidas, elas teriam um impacto nas coisas que nós podemos observar porque o formato das dimensões extras delimitam o como as cordas podem vibrar. E na teoria das cordas, a vibração determina tudo. Portanto a massa das partículas, o poder das forças, e mais importante, a quantidade de energia negra seria determinado pela forma das dimensões extras. Então se nós soubéssemos a forma das dimensões extras, nós deveríamos ser hábeis para calcular esses elementos, calcular a quantidade de energia negra.

O desafio é que nós não sabemos a forma destas dimensões extras. Tudo o que nós temos é uma lista de possíveis formas disponíveis graças à matemática. Agora, quando essas ideias foram desenvolvidas pela primeira vez, havia apenas cerca de cinco formatos possíveis, então vocês podem imaginar analizando-as uma por uma para determinar alguma relação com os elementos físicos que nós observamos. Mas com o tempo a lista cresceu assim como os pesquisadores encontram outras formas possiveis. De cinco, o número cresceu para centenas e então milhares - Uma enorme, mas ainda assim administrável, colecção para analisar, já que, afinal, pós-graduandos precisam ter alguma coisa pra fazer. Mas então a lista continuou a crescer chegando a milhões e bilhões, até hoje. A lista de possíveis formas disparou de aproximadamente 10 para 500.

Então, o que fazer? Bem, alguns pesquisadores desanimaram concluindo que eram tantas as formas possíveis para a dimensão extra, cada uma dando origem a diferentes características físicas, que a teoria das cordas nunca faria predições testáveis, definitivas. Mas outros puseram essa questão nos seus pensamentos, levando-nos à possibilidade do multiverso. Aqui está a ideia: talvez cada uma dessas formas esteja na mesma situação que as outras. Cada uma é tão real quanto as outras, no sentido de que existem muitos universos cada um com uma forma diferente, para a dimensão extra. E esta proposta radical tem um profundo impacto no mistério: a quantidade de energia negra revelada pelo resultado dos vencedores do Prémio Nobel.

Porque vejam, se existem outros universos, e se esses universos tenham, cada um, digamos, um formato diferente para a dimensão extra, então as características físicas de cada universo serão diferentes, e em particular, a quantidade de energia negra em cada universo será diferente. O que significa que o mistério de explicar a quantidade de energia negra que nós agora medimos adquiriria uma enorme quantidade de características diferentes. Neste contexto, as leis da física não podem explicar um número da energia negra porque não há apenas um número, há muitos números. O que significa que nós estivemos a colocar a questão errada. A questão certa para a perguntar é, porque é que nós humanos estamos num universo com uma particular quantidade de energia negra que nós medimos ao invés de qualquer outras possibilidades que estão lá fora?

E essa é uma questão na qual nós podemos fazer progresso. Porque estes universos que têm muito mais energia negra do que o nosso, sempre que a matéria tenta agrupar-se em galáxias, a força repulsiva da energia negra é tão forte que destrói os grupos e as galáxias não são formadas. E nesses universos com uma quantidade muito menor de energia negra, bem, colidem entre si tão rapidamente que, novamente, as galáxias não se formam. E sem galáxias, não há estrelas, nem planetas e nem hipóteses para a nossa forma de vida existir nesses outros universos.

Então nós encontramo-nos num universo com uma quantidade particular de energia negra que medimos simplesmente porque o nosso universo tem condições habitáveis para a nossa forma de vida. E tal seria isto. Mistério resolvido, multiverso descoberto. Agora, alguns acharam a explicação insatisfatória. Nós estávamos acostumados aos físicos que nos davam explicações definitivas para os elementos que nós observamos. Mas o ponto é, se o elemento que você está a observar pode e assume uma imensa variedade de diferentes valores através do vasto cenário da realidade, então pensar numa explicação para um valor particular é simplesmente inadequado.

Um exemplo recente, vem do grande astrónomo Johannes Kepler que estava obcecado em entender um número diferente - o porquê do o Sol estar a 93 milhões de milhas distante da Terra. E ele trabalhou por décadas a tentar explicar esse número, mas ele nunca teve sucesso, e nós sabemos porquê. Kepler estava a colocar a questão errada.

Agora nós sabemos que existem muitos planetas numa grande variedade de diferentes distâncias das suas estrelas hospedeiras. Então ficar à espera que as leis da física expliquem um número em particular, 93 milões de milhas, bem, é simplesmente um erro. Ao invés disso, a pergunta certa para se perguntar é, porque nós humanos estamos em um planeta a esta distância particular, ao contrário de qualquer outra possibilidade? E novamente, essa é uma questão que nós podemos responder. Estes planetas que estão muito próximos a uma estrela como o Sol seriam tão quentes que a nossa forma de vida não existiria. E esses planetas que estão muito distantes da estrela, bem, eles são tão frios que, de novo, a nossa forma de vida não teria acontecido. Então, nós percebemos que estamos num planeta a uma distância particular simplesmente porque ela produz condições vitais para nossa forma de vida. E quando se trata de planetas e respectivas distâncias, este, claramente, é o tipo certo de raciocínio. O ponto é, quando se trata de universos e a energia negra que eles contém, pode ser também o tipo certo de raciocínio.

Com uma peça diferente, é claro, é que nós sabemos que há outros planetas lá fora, mas até agora eu apenas especulei sobre a possibilidade de que devem haver outros universos. Então, para colocar tudo isso junto, nós precisamos de um mecanismo que possa realmente gerar outros universos. E isso me leva a minha parte final, a parte três. Porque tal mecanismo foi descoberto por cosmologistas tentando entender o Big Bang. Reparem, quando nós falamos do Big Bang, nós geralmente temos uma imagem de um tipo de explosão cósmica que criou o universo e estabeleceu o espaço empurrando-o para fora.

Mas há um pequeno segredo. O Big Bang deixa de fora algo muito importante, o Bang. Ele diz-nos como o universo progrediu após o Bang, mas não nos dá esclarecimentos sobre o que teria forçado o Bang. E essa lacuna foi finalmente preenchida por uma versão actualizada da teoria do Big Bang. Chama-se cosmologia inflacionária, que identificou um tipo particular de combustível que naturalmente geraria uma corrida para fora do espaço. O combustível tem como base algo chamado quântica de campo, mas o único detalhe que importa para nós é que esse combustível prova ser tão eficiente que é virtualmente impossível usá-lo todo, o que significa na teoria inflacionária, que o Big Bang originando nosso universo não é como um evento de um único momento. Ao contrário, o combústivel não gerou apenas o nosso Big Bang, mas como também poderia gerar incontáveis Big Bangs, cada um dando início a seu próprio universo separado, com o nosso universo a se tornar nada menos que uma bolha num grandioso banho de bolhas cósmicas de universos.

E agora, quando nós fundimos isso com a teoria das cordas, aqui está o quadro a que somos levados. Cada um destes universos têm dimensões extras. As dimensões extras assumem uma larga variedade de diferentes formatos. Os diferentes formatos produzem diferentes aspectos físicos. E nós encontramo-nos num universo em vez de outro simplesmente porque é apenas no nosso universo que os aspectos físicos, como a quantidade de energia negra, são os certos para que a nossa forma de vida se desenvolva. E esta é a imagem convincente, mas altamente polémica do vasto cosmos que a observação de ponta e a teoria têm, agora, nos levado a considerar seriamente.

Uma grande questão que restou, é claro, é, poderemos algum dia confirmar a existência de outros universos? Bem, deixe-me descrever uma maneira para que algum dia isso aconteça. A teoria da inflação já possui um forte apoio observacional. Porque a teoria prevê que o Big Bang teria sido tão intenso que o espaço rapidamente se expandiu, minúsculas agitações quânticas vindas do micromundo teriam sido esticadas para o macromundo, produzindo uma marca digital específica, um padrão de pontos ligeiramente mais quentes e pontos ligeiramente mais frios, através do espaço, cujos poderosos telescópios têm agora observado. Indo mais além, se há outros universos, a teoria prediz que em breve esses universos podem colidir. E se o nosso universo for atingido por outro, essa colisão poderá gerar um sutil padrão adicional de variação de temperatura através do espaço que nós poderemos um dia estarmos aptos para detectar. E essa imagem é tão exótica, que poderá um dia ter fundamento em observações que estabelecem a existência de outros universos.

Eu irei concluir com uma impressionante consequência de todas essas ideias para um futuro distante. Vejam, nós aprendemos que o nosso universo não é estático, que o espaço está-se a expandir, que essa expansão está a acelerar e que podem haver outros universos tudo feito por cuidadosas análises de fracas indicações da luz das estrelas chegando até nós de galáxias distantes. Mas em razão da expansão estar acelerando, em um futuro distante, estas galáxias irão afastar-se para tão longe e tão rapidamente, que nós não estaremos aptos para vê-las - não por causa das limitações tecnológicas, mas em função das leis da física. A luz que essas galáxias emitem, mesmo viajando nas mais alta velocidade, a velocidade da luz, não será capaz de superar o abismo cada vez maior entre nós. Então astrónomos num futuro distante olhando para a profundidade do espaço, não verão nada, excepto uma extensão sem fim de uma escuridão imóvel, tingida de negro. E eles irão concluir que o universo é estático e imutável e povoado por um único oásis central de matéria que eles habitam - uma imagem do cosmos que nós definitivamente sabemos estar errada.

Agora, talvez estes futuros astrónomos terão registos deixados de uma época anterior como a nossa, afirmando um cosmos em expansão cheio de galáxias. Mas estes futuros astrónomos iriam acreditar em tal conhecimento antigo? Ou iriam eles acreditar num universo negro, estático e vazio que suas próprias observações de última geração revelam? Eu suspeito da última. O que significa que nós estamos a viver numa época notavelmente privilegiada, onde algumas profundas verdades sobre o cosmos ainda estão ao alcance do espírito humano de exploração. Parece que nem sempre será assim. Porque os astrónomos de hoje, dirigindo os poderosos telescópios para o céu, capturaram uma pequena porção de fotões fortemente informativos - um tipo de telegrama cósmico bilhões de anos em trânsito. E a mensagem ecoando através de eras é clara. Por vezes, a natureza mantém os seus segredos bem guardados das leis da física. Por vezes, a verdadeira natureza da realidade acena para além do horizonte.

Muito obrigado.

(Aplausos)

Chris Anderson: Brian, muito obrigado. O alcance das ideias que você nos apresentou são impressionantes, emocionantes, inacreditáveis. O que acha do lugar em que a cosmologia se encontra agora, numa espécie de margem histórica? Estamos no meio de alguma coisa historicamente incomum, na sua opinião?

BG: Bem, é díficil dizer. Quando nós compreendemos que os astrónomos de um futuro distante podem não ter informações suficientes para descobrir as coisas, a questão natural é, talvez nós já nos encontramos nessa posição e certamente importantes questões do universo já escaparam de nossa habilidade de entendimento devido à evolução da cosmologia. Portanto, dessa perspectiva, talvez nós iremos sempre colocar questões e nunca seremos hábeis para respondê-las completamente.

Por outro lado, nós agora podemos entender o quanto o universo é antigo. Nós podemos entender como compreender os dados da radiação de fundo que foi estabelecida 13.72 bilhões de anos atrás e ainda, nós actualmente podemos calcular de modo a prever como isso irá ficar e com correspondências. Deus do céu! Isso é incrível. Portanto, por um lado, é simplesmente inacreditável onde nós chegámos, mas quem sabe que tipo de impedimentos nós poderemos encontrar no futuro.

CA: Você estará por aqui nos próximos dias. Talvez algumas dessas conversas possam continuar. Obrigado. Obrigado, Brian. (BG: Foi um prazer.)

(Aplausos)