Este artigo foi escrito por Eugene Lim partir do King College de Londres, e foi originalmente publicado em The Conversation
A existência de universos paralelos pode parecer algo inventado por escritores de ficção científica, com pouca relevância para a física teórica moderna. Mas a ideia de que vivemos em um ‘multiverso‘ composto por um número infinito de universos paralelos tem sido considerada uma possibilidade científica – embora ela ainda seja uma questão de debate vigoroso entre os físicos. A corrida agora é para encontrar uma maneira de testar a teoria, incluindo a busca de sinais de colisões com outros universos.
É importante ter em mente que a visão multiverso não é realmente uma teoria, é sim uma consequência de nossa compreensão atual da física teórica. Esta distinção é crucial. Nós não temos acenado nossas mãos e dizendo: “Que haja um multiverso“. Em vez disso, a ideia de que o Universo é talvez um dos infinitamente muitos é derivada de teorias atuais, como a mecânica quântica e a teoria das cordas.
A interpretação de muitos mundos
Você pode ter ouvido o experimento mental do gato de Schrödinger, um animal assustador que vive em uma caixa fechada. O ato de abrir a caixa nos permite acompanhar uma das histórias de possíveis futuros de nosso gato, incluindo uma em que ele está morto e outra em que ele está vivo. A razão que esta parecer tão impossível é simplesmente porque a nossa intuição humana não está familiarizada com ele.
Mas isso é perfeitamente possível de acordo com as regras estranhas da mecânica quântica. A razão pela qual isso pode acontecer é que o espaço de possibilidades na mecânica quântica é enorme. Matematicamente, um estado da mecânica quântica é uma soma (ou superposição) de todos os estados possíveis. No caso do gato de Schrödinger, o gato é a superposição de estados “morto” e “vivo”.
Mas como podemos interpretar isto de modo que possa fazer qualquer sentido prático? Uma forma popular é pensar em todas essas possibilidades como dispositivos de medição de contabilidade de modo que o único estado “objetivamente verdadeiro” do gato é aquele que observamos. No entanto, podemos muito bem optar por aceitar que todas essas possibilidades são verdadeiras, e que elas existem em diferentes universos de um multiverso.
A paisagem das cordas
A teoria das cordas é um dos nossas mais, se não a mais, promissora teoria que é capaz de unificar a mecânica quântica e a gravidade. Isto é notoriamente difícil porque a força gravitacional é tão difícil de descrever em pequenas escalas quanto os átomos e partículas subatômicas – o que só é explicado através da ciência da mecânica quântica. Mas a teoria das cordas, que afirma que todas as partículas fundamentais são feitas de cordas unidimensionais, pode descrever todas as forças conhecidas da natureza de uma só vez: gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares.
No entanto, para a teoria das cordas trabalhar matematicamente, exige pelo menos dez dimensões físicas. Uma vez que só podemos observar quatro dimensões: altura, largura, profundidade (espacial) e tempo (temporal), as dimensões adicionais da teoria das cordas devem, portanto, ser escondidas de alguma forma, se ela for correta. Para ser capaz de usar a teoria para explicar um fenômeno físico, estas dimensões adicionais têm de ser ‘compactadas’ de tal maneira que elas ficam demasiado pequenas para serem vistas. Dessa forma, talvez, para cada uma de nossas grandes quatro dimensões espaço-temporais, existem seis direções extras indistinguíveis?
Um problema, ou alguns diriam, uma característica, da teoria das cordas é que há muitas maneiras de fazer essa compactificações – 10500 possibilidades é um número geralmente elogiado. Cada uma destas compactificações resultará num universo com diferentes leis físicas – tais como diferentes massas de elétrons e diferentes constantes de gravidade. No entanto, há também vigorosas objeções à metodologia de compactificação, então o problema não é resolvido completamente.
Mas dado isso, a pergunta óbvia é: qual destas possibilidades é que estamos vivendo? A teoria das cordas em si não fornece um mecanismo para prever corretamente a realidade, o que a torna inútil a medida que não podemos testá-la. Mas, felizmente, uma ideia do nosso estudo da cosmologia do Universo primordial transformou esta falha em um recurso.
O início do Universo
Durante o Universo primordial, logo após o Big Bang, o Universo passou por um período de expansão acelerada chamado de inflação. A inflação foi invocada originalmente para explicar por que o Universo observacional atual é quase uniforme em temperatura. No entanto, a teoria também previu um espectro de variações de temperatura ao redor esse equilíbrio que foi posteriormente confirmado por várias naves espacial como a Cosmic Background Explorador, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe e a nave espacial PLANCK.
Embora os detalhes exatos da teoria ainda estão sendo debatidos, a inflação é amplamente aceita pelos físicos. No entanto, uma consequência dessa teoria é que deve haver outras partes do Universo que ainda estão se acelerando. No entanto, devido às flutuações quânticas do espaço-tempo, algumas partes do Universo nunca realmente atingiram o estado final da inflação. Isto significa que o Universo está, pelo menos, de acordo com a nossa compreensão atual, eternamente se inflando. Algumas partes podem, portanto, acabarem se tornando outros universos, o que gera outros universos, que gera outros universos e assim por diante. Este mecanismo gera um número infinito de universos.
Ao combinar este cenário com a teoria das cordas, existe uma possibilidade de que cada um desses universos possuirem uma compactificação diferente das outras dimensões e, consequentemente, tem as leis físicas diferentes.
A radiação cósmica de fundo. Ondas e sinais de colisões com outros universos gravitacionais percorrem. Créditos: WMAP da NASA / wikimedia
Testando a teoria
Os universos previstos pela teoria das cordas e a inflação vivendo no mesmo espaço físico (ao contrário dos muitos universos da mecânica quântica, que vivem em um espaço matemático), podem se sobrepor ou colidir. Na verdade, eles inevitavelmente devem colidir, deixando possíveis assinaturas cósmicas no céu que podemos tentar procurar.
Os detalhes exatos das assinaturas dependem intimamente dos modelos – que vão desde pontos quentes ou frios na radiação cósmica de fundo para anomalias vazias na distribuição de galáxias. No entanto, uma vez que as colisões com outros universos deve ocorrer em uma determinada direção, uma expectativa geral é que todas as assinaturas vai quebrar a uniformidade do nosso Universo observável.
Essas assinaturas estão sendo ativamente perseguidas por cientistas. Alguns estão olhando para elas diretamente através de impressões no fundo de microondas cósmico, o brilho do Big Bang. No entanto, nenhuma dessas assinaturas ainda está sendo vista. Outros estão à procura de um apoio indireto tais como as ondas gravitacionais, que são ondulações no espaço-tempo quando objetos maciços cruzam o espaço. Essas ondas poderiam provar diretamente a existência da inflação, que em última análise reforça o apoio da teoria do multiverso.
Se nós nunca vamos ser capazes de provar a sua existência é difícil de prever. Mas, tendo em vista as implicações enormes de tal constatação, a busca deve definitivamente valer a pena.
Traduzido e adaptado de Science Alert