Como era o universo antes do Big Bang?:joguinho que paga

Ou não? Estranhamente, alguns cosmólogos acreditam que um universo anterior, frio, escuro e vazio, como aquele que estájoguinho que paganosso futuro distante, poderia ter sido a fontejoguinho que paganosso próprio Big Bang.

A primeira matéria

Mas antesjoguinho que pagachegarmos a isso, vamos dar uma olhadajoguinho que pagacomo "material" - matéria física - surgiu pela primeira vez.

Se pretendemos explicar as origens da matéria estável feitajoguinho que pagaátomos ou moléculas, certamente não havia nada disso por volta do Big Bang — nem por centenasjoguinho que pagamilharesjoguinho que pagaanos depois. Na verdade, temos uma compreensão bastante detalhadajoguinho que pagacomo os primeiros átomos se formaram a partirjoguinho que pagapartículas mais simples, uma vez que as condições esfriaram o suficiente para que a matéria complexa se tornasse estável, e como esses átomos foram posteriormente fundidosjoguinho que pagaelementos mais pesados ​​dentro das estrelas. Mas esse entendimento não aborda a questãojoguinho que pagasaber se algo veio do nada.

Então, vamos pensar um pouco mais para trás. As primeiras partículasjoguinho que pagamatériajoguinho que pagavida longajoguinho que pagaqualquer tipo foram prótons e nêutrons, que juntos formam o núcleo atômico. Eles surgiram por voltajoguinho que pagaum décimojoguinho que pagamilésimojoguinho que pagasegundo após o Big Bang.

Antes desse ponto, não havia realmente nenhum materialjoguinho que pagaqualquer sentido familiar da palavra. Mas a física nos permite seguir rastreando a linha do tempo para trás — para processos físicos que antecedem qualquer matéria estável.

Isso nos leva à chamada "era da grande unificação". Agora, estamos bem no reino da física especulativa, pois não podemos produzir energia suficientejoguinho que paganossos experimentos para sondar o tipojoguinho que pagaprocesso que estava acontecendo na época.

Mas uma hipótese plausível é que o mundo físico era feitojoguinho que pagauma sopajoguinho que pagapartículas elementaresjoguinho que pagavida curta — incluindo quarks, os blocosjoguinho que pagaconstrução dos prótons e nêutrons.

Havia matéria e "antimatéria"joguinho que pagaquantidades aproximadamente iguais: cada tipojoguinho que pagapartículajoguinho que pagamatéria, como o quark, vem acompanhadojoguinho que pagauma "imagem espelhada"joguinho que pagaantimatéria, que é quase idêntico, diferindo apenasjoguinho que pagaum aspecto.

No entanto, matéria e antimatéria se aniquilamjoguinho que pagaum lampejojoguinho que pagaenergia quando se encontram, o que significa que essas partículas foram constantemente criadas e destruídas.

Mas como essas partículas passaram a existirjoguinho que pagaprimeiro lugar? A teoria quânticajoguinho que pagacampos nos diz que mesmo um vácuo, supostamente correspondendo ao espaço-tempo vazio, está cheiojoguinho que pagaatividade física na formajoguinho que pagaflutuaçõesjoguinho que pagaenergia.

Essas flutuações podem dar origem ao surgimentojoguinho que pagapartículas, que desaparecem logojoguinho que pagaseguida. Isso pode soar mais como uma peculiaridade matemática do que como física real, mas tais partículas foram detectadasjoguinho que pagaincontáveis ​​experimentos.

O estadojoguinho que pagavácuo do espaço-tempo está fervilhando com partículas sendo constantemente criadas e destruídas, aparentemente "do nada". Mas talvez tudo isso realmente nos diga que o vácuo quântico é (apesar do nome) alguma coisajoguinho que pagavezjoguinho que paganada.

O filósofo David Albert notadamente criticou os relatos do Big Bang que prometiam obter algo do nada dessa forma.

Suponha que perguntemos:joguinho que pagaonde surgiu o próprio espaço-tempo? Então, podemos continuar girando o relógio ainda mais para trás, na verdadeiramente antiga "Erajoguinho que pagaPlanck" — um período tão antigo na história do universo que faz nossas melhores teorias da física entrarjoguinho que pagacolapso.

Essa era ocorreu apenas um décimojoguinho que pagamilionésimojoguinho que pagaum trilionésimojoguinho que pagaum trilionésimojoguinho que pagaum trilionésimojoguinho que pagasegundo após o Big Bang. Nesse ponto, o próprio espaço e o tempo ficaram sujeitos às flutuações quânticas.

Os físicos normalmente trabalham separadamente com a mecânica quântica, que rege o micromundo das partículas, e com a relatividade geral, que se aplica a grandes escalas cósmicas. Mas para compreender verdadeiramente a Erajoguinho que pagaPlanck, precisamosjoguinho que pagauma teoria completa da gravidade quântica, fundindo as duas.

Ainda não temos uma teoria perfeita da gravidade quântica, mas existem tentativas - como a teoria das cordas e a gravidade quânticajoguinho que pagaloop. Nessas tentativas, o espaço e o tempo comuns são tipicamente vistos como emergentes, como as ondas na superfíciejoguinho que pagaum oceano profundo.

O que experimentamos como espaço e tempo é o produtojoguinho que pagaprocessos quânticos operandojoguinho que pagaum nível microscópico mais profundo - processos que não fazem muito sentido para nós como criaturas enraizadas no mundo macroscópico.

Na Erajoguinho que pagaPlanck, nosso entendimento comumjoguinho que pagaespaço e tempo se desintegra, então não podemos mais confiarjoguinho que paganosso entendimento comumjoguinho que pagacausa e efeito também. Apesar disso, todas as candidatas a teoria da gravidade quântica descrevem algo físico que estava acontecendo na Erajoguinho que pagaPlanck - algum precursor quântico do espaço e tempo. Masjoguinho que pagaonde veio isso?

Mesmo que a causalidade não se aplique maisjoguinho que pagaforma comum, ainda pode ser possível explicar um componente do universo da Erajoguinho que pagaPlanckjoguinho que pagatermosjoguinho que pagaoutro. Infelizmente, até agora mesmo nossa melhor física falha completamentejoguinho que pagafornecer respostas.

Enquanto não progredirmosjoguinho que pagadireção a uma "teoriajoguinho que pagatudo", não seremos capazesjoguinho que pagadar uma resposta definitiva. O máximo que podemos dizer com segurança neste estágio é que a física até agora não encontrou exemplos confirmadosjoguinho que pagaalgo surgindo do nada.

Ciclosjoguinho que pagaquase nada

Para responder verdadeiramente à questãojoguinho que pagacomo algo pode surgir do nada, precisaríamos explicar o estado quânticojoguinho que pagatodo o universo no início da Erajoguinho que pagaPlanck. Todas as tentativasjoguinho que pagafazer isso permanecem altamente especulativas.

Alguns deles apelam a forças sobrenaturais como um designer. Mas outras explicações candidatas permanecem dentro do reino da física - como um multiverso, que contém um número infinitojoguinho que pagauniversos paralelos, ou modelos cíclicos do universo, nascendo e renascendo novamente.

O físico Roger Penrose, ganhador do Prêmio Nobeljoguinho que paga2020, propôs um modelo intrigante, mas controverso, para um universo cíclico denominado "cosmologia cíclica conformada".

Penrose foi inspirado por uma conexão matemática interessante entre um estado muito quente, denso e pequeno do universo - como era no Big Bang - e um estado extremamente frio, vazio e expandido do universo - como serájoguinho que pagaum futuro distante.

Sua teoria radical para explicar essa correspondência é que esses estados se tornam matematicamente idênticos quando levados aos seus limites. Por mais paradoxal que pareça, uma ausência totaljoguinho que pagamatéria pode ter conseguido dar origem a toda a matéria que vemos ao nosso redorjoguinho que paganosso universo.

Nessa visão, o Big Bang surgejoguinho que pagaum quase nada. É o que sobrou quando toda a matériajoguinho que pagaum universo foi consumidajoguinho que pagaburacos negros, que porjoguinho que pagavez se transformaramjoguinho que pagafótons - perdidosjoguinho que pagaum vazio.

Todo o universo, portanto, surgejoguinho que pagaalgo que - vistojoguinho que pagaoutra perspectiva física - é o mais próximo que se pode chegarjoguinho que paganada. Mas esse nada ainda é um tipojoguinho que pagacoisa. Ainda é um universo físico, embora vazio.

Como pode o mesmo estado ser um universo frio e vaziojoguinho que pagauma perspectiva e um universo quente e densojoguinho que pagaoutra? A resposta estájoguinho que pagaum procedimento matemático complexo denominado "reescalonamento conformado", uma transformação geométrica que na verdade altera o tamanhojoguinho que pagaum objeto, mas deixajoguinho que pagaforma inalterada.

Penrose mostrou como o estado denso frio e o estado denso quente podem ser relacionados por tal reescalonamento,joguinho que pagamodo que eles correspondam com respeito às formasjoguinho que pagaseus espaços-tempos - embora não com seus tamanhos.

É, reconhecidamente, difícil entender como dois objetos podem ser idênticos desta forma quando têm tamanhos diferentes - mas Penrose argumenta que o tamanho é um conceito que deixajoguinho que pagafazer sentidojoguinho que pagatais ambientes físicos extremos.

Na cosmologia cíclica conformada, a direção da explicação vai do velho e frio para o jovem e quente: o estado quente denso existe por causa do estado frio e vazio. Mas esse "por causa" não é o familiar -joguinho que pagauma causa seguida no tempo por seu efeito. Não é apenas o tamanho que deixajoguinho que pagaser relevante nesses estados extremos: o tempo também.

O estado denso frio e o estado denso quente estão, na verdade, localizadosjoguinho que pagalinhas do tempo diferentes. O estado frio e vazio continuaria para sempre da perspectivajoguinho que pagaum observador emjoguinho que pagaprópria geometria temporal, mas o estado quente denso que dá origem efetivamente habita uma nova linha do tempo própria.

Pode ajudar a entender o estado quente denso como produzido a partir do estado frio e vaziojoguinho que pagaalguma forma não causal. Talvez devêssemos dizer que o estado quente denso emerge do estado frio, ou está alicerçado nele, ou é realizado pelo estado vazio e frio.

Essas são ideias distintamente metafísicas que foram exploradas extensivamente pelos filósofos da ciência, especialmente no contexto da gravidade quântica, onde a causa e o efeito comuns parecem se desfazer. Nos limites do nosso conhecimento, a física e a filosofia tornam-se difíceisjoguinho que pagaseparar.

Evidência experimental?

A cosmologia cíclica conformada oferece algumas respostas detalhadas, embora especulativas, à questãojoguinho que pagaonde veio nosso Big Bang. Mas mesmo que a visãojoguinho que pagaPenrose seja justificada pelo futuro progresso da cosmologia, podemos pensar que ainda não teríamos respondido a uma questão filosófica mais profunda - uma questão sobrejoguinho que pagaonde veio a própria realidade física.

Como surgiu todo o sistemajoguinho que pagaciclos? Então, finalmente terminamos com a pura questãojoguinho que pagapor que existe algojoguinho que pagavezjoguinho que paganada - uma das maiores questões da metafísica.

Mas nosso foco aqui está nas explicações que permanecem dentro do reino da física. Existem três opções amplas para a questão mais profundajoguinho que pagacomo os ciclos começaram. Poderia não ter explicação física alguma.

Ou pode haver ciclos que se repetem infinitamente, cada um sendo um universo por si só, com o estado quântico inicialjoguinho que pagacada universo explicado por alguma característica do universo anterior. Ou pode haver um único ciclo e um único universo repetido, com o início desse ciclo explicado por alguma característicajoguinho que pagaseu próprio fim.

As duas últimas abordagens evitam a necessidadejoguinho que pagaquaisquer eventos não causados ​​- e isso lhes dá um apelo distinto. Nada seria deixado sem explicação pela física.

Para Penrose, cada ciclo envolve eventos quânticos aleatórios que ocorremjoguinho que pagauma maneira diferente - o que significa que cada ciclo será diferente dos anteriores e posteriores. Na verdade, essa é uma boa notícia para os físicos experimentais, porque pode nos permitir vislumbrar o antigo universo que deu origem ao nosso atravésjoguinho que pagatraços tênues, ou anomalias, na radiação residual do Big Bang vista pelo satélite Planck.

Penrose e seus colaboradores acreditam que já podem ter detectado esses traços, atribuindo padrões nos dados do Planck à radiaçãojoguinho que pagaburacos negros supermassivos no universo anterior. No entanto, suas alegadas observações foram contestadas por outros físicos e o júri permanece fora.

Novos ciclos infinitos são a chave para a própria visãojoguinho que pagaPenrose. Mas existe uma maneira naturaljoguinho que pagaconverter a cosmologia cíclica conformadajoguinho que pagaum ciclo múltiplo para um ciclo único. Então a realidade física consistejoguinho que pagaum único ciclo a partir do Big Bang até um estado máximojoguinho que pagavazio no futuro distante - e então retorna novamente até o mesmo Big Bang, dando origem ao mesmo universo novamente.

Esta última possibilidade é consistente com outra interpretação da mecânica quântica, apelidadajoguinho que pagainterpretaçãojoguinho que pagamuitos mundos.

A interpretaçãojoguinho que pagamuitos mundos nos diz que cada vez que medimos um sistema que estájoguinho que pagasuperposição, essa medição não seleciona um estado aleatoriamente. Em vez disso, o resultado da medição que vemos é apenas uma possibilidade - aquela que ocorrejoguinho que paganosso próprio universo.

Todos os outros resultadosjoguinho que pagamedição atuamjoguinho que pagaoutros universosjoguinho que pagaum multiverso, efetivamente separados do nosso. Portanto, não importa quão pequena seja a chancejoguinho que pagaalgo ocorrer, se tiver uma chance diferentejoguinho que pagazero, então ocorrejoguinho que pagaalgum mundo quântico paralelo.

Existem pessoas como vocêjoguinho que pagaoutros mundos que ganharam na loteria, ou foram arrastadas para as nuvens por um tufão anormal, ou se incendiaram espontaneamente, ou fizeram as três coisas ao mesmo tempo.

Algumas pessoas acreditam que esses universos paralelos também podem ser observáveis ​​em dados cosmológicos, como impressões causadas por outro universo colidindo com o nosso.

A teoria quânticajoguinho que pagamuitos mundos oferece uma nova reviravolta na cosmologia cíclica conformada, embora Penrose não concorde com ela. Nosso Big Bang pode ser o renascimentojoguinho que pagaum único multiverso quântico, contendo infinitos universos diferentes, todos ocorrendo juntos. Tudo o que é possível acontece - então, acontecejoguinho que paganovo,joguinho que paganovo ejoguinho que paganovo.

Um mito antigo

Para um filósofo da ciência, a visãojoguinho que pagaPenrose é fascinante. Ele abre novas possibilidades para explicar o Big Bang, levando nossas explicações alémjoguinho que pagacausa e efeito comuns. É, portanto, um grande casojoguinho que pagateste para explorar as diferentes maneiras pelas quais a física pode explicar nosso mundo. Ele merece mais atenção dos filósofos.

Para um amantejoguinho que pagamitos, a visãojoguinho que pagaPenrose é bela. Na forma multi-ciclo preferidajoguinho que pagaPenrose, ele promete novos mundos infinitos nascidos das cinzasjoguinho que pagaseus ancestrais. Emjoguinho que pagaformajoguinho que pagaum ciclo, é uma notável re-invocação moderna da antiga ideia do ouroboros, ou serpente-do-mundo.

Na mitologia nórdica, a serpente Jörmungandr é filhajoguinho que pagaLoki, um malandro astuto, e do gigante Angrboda. Jörmungandr consomejoguinho que pagaprópria cauda, ​​e o círculo criado sustenta o equilíbrio do mundo. Mas o mito do ouroboros foi documentadojoguinho que pagatodo o mundo - inclusive desde o antigo Egito.

O ouroborosjoguinho que pagaum universo cíclico é realmente majestoso. Ele contém dentrojoguinho que pagasua barriga nosso próprio universo, bem como cada um dos estranhos e maravilhosos universos alternativos possíveis permitidos pela física quântica - e no ponto ondejoguinho que pagacabeça encontrajoguinho que pagacauda, ​​está completamente vazio, mas também fluindo com energiajoguinho que pagatemperaturasjoguinho que pagacem mil milhõesjoguinho que pagabilhõesjoguinho que pagatrilhõesjoguinho que pagagraus Celsius. Até Loki, o metamorfo, ficaria impressionado.

*Alastair Wilson é professorjoguinho que pagaFilosofia na Universidadejoguinho que pagaBirmingham (Reino Unido)

Este artigo foi publicado originalmente no sitejoguinho que paganotícias acadêmicas The Conversation e republicado aqui sob uma licença Creative Commons. Leia aqui a versão original (em inglês).

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