Teorias do multiverso

Teoria da Inflação Eterna

A teoria da inflação eterna, ou inflação caótica, foi proposta por Andrei Linde, da Universidade de Stanford. É uma nova versão da amplamente aceite teoria da inflação cósmica que resolve alguns problemas das anteriores versões. Linde propôs que o mecanismo que provocou a inflação (uma expansão rápida do espaço) no nosso universo ainda está a funcionar, fazendo com que certas regiões do espaço sofram inflação de forma aleatória. Assim, uma pequena porção do universo pai que subitamente sofra inflação dá origem a um universo bebé, uma bolha que brota do “progenitor” e que pode, por sua vez, vir a gerar outros universos, pelo mesmo processo. A teoria diz que existe uma infinidade de bolhas, cada uma de tamanho infinito, desligadas umas as outras, e que este processo continuará para sempre. Neste cenário o multiverso é eterno, apesar de cada universo particular poder não o ser. É portanto provável que o nosso universo tenha nascido de um outro e em contrapartida produza mais universos. Pensa-se também que, quando ocorre formação de universos por este processo, flutuações quânticas provocam quebras de simetria diferentes em cada bolha, resultando em universos com diferentes propriedades, como as constantes físicas e as dimensões do espaço e do tempo. Um aspecto interessante do nosso universo é que a maioria dos atributos que se pensa terem sido estabelecidos por quebras de simetria aleatórias durante o seu nascimento têm exatamente os valores necessários para sustentar a vida. Se este universo for o único que existe, então estamos perante uma muito estranha coincidência, mas se existir um número infinito de universos paralelos com diferentes valores para os parâmetros físicos então é natural que nos encontremos num daqueles que permite a vida, em particular o nosso tipo de vida, senão obviamente que não estaríamos aqui para contar a história. Assim, apesar de neste modelo não haver forma de observar ou interagir com os outros universos, a sua presença pode explicar estas coincidências no nosso universo, o que também é válido para as restantes teorias (desde que os parâmetros físicos possam variar entre universos). No entanto, se se vier a descobrir que o universo está ajustado de forma ainda mais específica do que o que a nossa presença requer, esta explicação deixa de ser plausível.

Os Buracos Negros de Lee Smolin

Uma outra ideia foi lançada por Lee Smolin, do PerimeterInstitude for TheoreticalPhysics. Ele propõe que possam ser gerados universos bebé através do mecanismo de colapso gravítico que leva à formação de buracos negros em universos preexistentes. Smolin especula que se forme uma nova região de espaço inflacionário no interior do buraco negro, ligada ao espaço inicial por um buraco de verme. Posteriormente, devido à evaporação do buraco negro pelo processo de Hawking, o universo “bebé” desliga-se espacialmente do inicial. O novo universo “herda” as propriedades físicas do progenitor, mas com ligeiras variações aleatórias, tal como no caso da inflação eterna. Ainda não há nenhuma teoria pormenorizada que explique como a informação física seria transmitida de um universo para outro por esta concepção, mas há previsões acerca do nosso universo que poderão vir a ser confirmadas. Se esta conjectura estiver correta, os universos cujas características favoreçam a produção de buracos negros reproduzem-se mais que os outros. Como há uma certa “hereditariedade”, estas características são transmitida à descendência, e assim são estes universos, de entre o conjunto de universos com todos os parâmetros físicos possíveis, que representam o maior volume de espaço. Assim, o nosso universo, caso tenha resultado desta “seleção natural”, deverá ser muito eficiente na formação de buracos negros, pelo que uma qualquer alteração nos seus parâmetros físicos tornaria a sua formação menos provável.

Teoria M

A teoria M, a extensão em 11 dimensões da teoria de cordas, afirma que todo o nosso universo é uma membrana tridimensional num espaço com mais dimensões. Quando os 3 físicos começaram a trabalhar na 11ª dimensão descobriram cada vez mais membranas, ou possíveis universos, tendo chegado à conclusão de que o seu número podia ser infinito. O nosso universo coexiste com estas membranas, que apesar de não se verem podem até estar bastante próximas de nós (a menos de 1mm!). Em cada uma delas as leis físicas, o número de dimensões observáveis, etc., podem ser completamente distintos dos nossos. Apesar de poder ser um pouco prematuro, há já cientistas que utilizam a teoria M para responder a algumas perguntas cosmológicas importantes. Lisa Randall e os seus colegas na Universidade de Harvard, mostraram, por exemplo, que a gravidade pode fluir entre universos paralelos. Assim, o facto de a força da gravidade ser tão fraca no nosso universo pode dever-se ao facto de esta provir de um outro, no qual é tão forte como as outras forças, mas quando chega até nós já é apenas um fraco sinal. É também possível que a matéria negra seja um universo que esteja tão próximo de nós que a sua matéria interactuagraviticamente com a do nosso universo. Por outro lado, Neil Turok da Universidade de Cambridge, Burt Ovrut da Universidade da Pensilvânia e Paul Steinhardt da Universidade de Princeton acreditam que as membranas se movem na 11ªdimensão, e que quando colidem se dá um Big Bang, surgindo um novo universo cuja matéria e radiação provêm da energia cinética da colisão. Isto resolveria o enigma da causa do Big Bang, para o qual não há uma resposta definitiva, e implicaria que o Big Bang não foi o início do Tempo. Significaria também que os Big Bangs ocorrem frequentemente, sendo mesmo possível que a nossa membrana colida com outras no futuro. Se a teoria M estiver certa e existir um universo paralelo a apenas 1mm de distância do nosso, é até possível que o LargeHadronCollider o consiga detectar nos próximos anos.

Multiverso mirabolante

Há ainda a hipótese de um multiverso mais mirabolante, proposto por Max Tegmark(1), do MIT. Ele sugere que todos os universos logicamente possíveis existam na realidade, ou, por outras palavras, que qualquer universo hipotético que se baseie numa determinada estrutura matemática seja real. Cada universo destes pode assim reger-se por leis da física completamente distintas. Com este tipo de multiverso abre-se todo o reino das possibilidades. Tudo o que possamos imaginar pode acontecer realmente num outro Universo, com outras leis físicas, outras constantes, outra estrutura do espaço-tempo. Para justificar esta especulação, Tegmark utiliza o incrível facto de as estruturas matemáticas descreverem com notável verosimilhança a Natureza, sem que haja uma explicação lógica para tal. Segundo este modelo, isso é um resultado natural do facto de o próprio mundo físico ser uma estrutura matemática. Isto responderia ao porquê de o nosso universo ser como é. Se a realidade física não englobar todos os universos possíveis, isso implica que tem de haver uma razão para alguns existirem e outros não, para algumas estruturas matemáticas terem sido selecionadas para o privilégio de descrever a realidade. Mas então qual é essa razão, e porquê ela e não outra? Este cenário, uma vez que esgota todas as possibilidades, torna essa pergunta desnecessária – há uma total simetria matemática, todas as estruturas matemáticas existem fisicamente e correspondem a universos paralelos que existem fora do espaço e do tempo. De fato, pode argumentar-se que quanto mais abrangente for o tipo de multiverso mais simples ele é, pois ganha simetria relativamente aos outros modelos e torna desnecessária a adição “forçada” de certas condições.

A Interpretação dos Muitos Mundos da Mecânica Quântica

A mecânica quântica é uma teoria bem consolidada e confirmada experimentalmente que descreve o mundo atômico. Ela descreve o estado do universo em termos que um objecto matemático – a função de onda –, que evolui no tempo de forma determinística. Há, no entanto, uma certa dificuldade em relacionar a função de onda – que descreve o 4 objecto quântico numa sobreposição de todos os estados quânticos possíveis – com o que nós observamos – o objecto em apenas um estado quântico. Para resolver este problema, postulou-se que quando se faz uma observação a função de onda colapsa num estado quântico definido, deixando de ser necessária. Isto implica que o processo de observação determina o estado final, ou seja, que ao observarmos o objeto afetamos o seu comportamento. Esta proposta explica as observações, mas acrescenta incerteza à teoria, visto que não temos forma de definir matematicamente uma observação. Assim, a teoria deixa de ser determinística e permite situações contra intuitivas, como o caso do gato de Schrödinger, que antes de ser observado está simultaneamente morto e vivo.

gato de Schrödinger

Este é o ponto de vista apoiado pela interpretação de Copenhaga, que se deve principalmente a Niels Bohr e que continua a ser até hoje a mais aceite pelos físicos. Há, no entanto, outras interpretações possíveis. Hugh Everett III propôs, na sua tese de doutoramento em 1957, na Universidade de Princeton, uma interpretação alternativa dos acontecimentos descritos pela mecânica quântica – a interpretação dos muitos mundos. Ele mostrou que a teoria quântica não necessita do postulado do colapso da função de onda para ser coerente como descrição da realidade. Podemos considerar que a equação de Schrödinger é sempre válida, ou seja, que a função de onda nunca colapsa. Esta interpretação foi posteriormente desenvolvida por outros físicos, como Bruce DeWitt e David Deutsch.Se a função de onda nunca colapsa, então todos os resultados possíveis num processo quântico são obtidos na realidade, cada um num universo diferente, apesar de nós apenas termos percepção do resultado observado no nosso mundo. Por outras palavras, cada processo quântico em cada átomo do universo faz com que ele literalmente se divida em múltiplas reproduções de si mesmo, estruturalmente idênticas mas em diferentes estados.Por mais perturbador que isto pareça, se a interpretação estiver correta ela tem implicações para além do nível quântico – todas as ações que tomamos correspondem a um determinado conjunto de estados quânticos, logo todos os acontecimentos possíveis se realizam nalgum universo alternativo deste multiverso quântico.Resolvem-se assim situações contra intuitivas correspondentes a funções de onda legítimas, como o paradoxo do gato de Schrödinger – o gato não está morto-vivo, mas sim morto em metade dos universos e vivo na outra metade.

O multiverso de Everett, visto como um todo, é na realidade muito simples: existe apenas uma função de onda que evolui deterministicamente ao longo do tempo, e cada um dos seus ramos corresponde a um universo inteiro igualmente real. No entanto, como o observador apenas tem acesso a uma pequena fracção da realidade total, uma divisão no universo traduz-se para ele numa aleatoriedade quântica.Por outro lado, como não há forma de saber qual das cópias nos diferentes universo seu sou, não há forma de eu prever o meu futuro, mesmo que tenha um conhecimento absoluto do estado do multiverso. A única coisa que eu posso dizer é que se um acontecimento tem uma determinada probabilidade de ocorrer então numa percentagem correspondente de universos os observadores vêm esse acontecimento ocorrer.Esta interpretação é perfeitamente consistente com a experiência e matematicamente equivalente à interpretação de Copenhague – as probabilidades que se observam são exatamente iguais às calculadas usando o colapso da função de onda.

Se estiver certa, ela elimina os paradoxos geralmente associados às viagens ao passado sem que haja perda do livre arbítrio. Ao fazermos diferentes escolhas estamos a viver universos diferentes daqueles onde já estivemos: podemos matar o nosso jovem avô e, nesse universo alternativo, nunca nascerá uma pessoa geneticamente igual a nós, mas nós próprios continuamos a existir, bem como o nosso avô real (no universo original).Apesar de não podermos comunicar com estes universos, eles podem ter efeitos sobre o nosso. David Deutsch(3), da Universidade de Oxford, afirma mesmo que a existência de 5 universos paralelos é uma consequência direta das observações experimentais de “interferência”,não havendo outra explicação coerente possível para o fenômeno. Observa-se interferência quando a trajetória de uma partícula no nosso universo é afetada por “entidades”que se comportam como partículas do mesmo tipo da inicial mas que não são detectáveis por nós. Para este cientista, estas “entidades” são apenas as partículas equivalentes à nossa partícula, mas em universos paralelos, e como tal não afetam qualquer outra parte do nosso universo.

Está-se também a tentar construir computadores quânticos, que seriam capazes de, recorrendo à interferência, explorar as partículas nos universos paralelos para fazer cálculos,adquirindo portanto uma muito maior rapidez relativamente aos computadores atuais.Para além disso, já foram demonstradas sobreposições sem colapso em moléculas de carbono-60, confirmando a previsão da teoria de que por maior que seja o sistema não será possível observar o colapso.Por todos estes motivos esta interpretação tem ganho gradualmente mais aceitação por parte da comunidade científica.Desta forma de olhar o mundo, tomando a mecânica quântica como descrição absoluta da realidade, podemos inferir uma visão alternativa do conceito de Tempo. Cada universo é apenas um conjunto de estados quânticos definidos, é estático, e no seu todo os universos concretizam todos os arranjos de matéria possíveis. Na realidade, os universos não evoluem o tempo, mas estão constantemente a subdividir-se noutros universos, sendo por eles substituídos. Assim, o tempo é apenas uma forma de pôr estes universos numa sequência.

 O que o observador entende por passagem do tempo corresponde à sua passagem de uns universos para os outros, universos que chama “momentos”e cujo conteúdo é ligado pelas leis da física. Como existem sempre todos os estados possíveis,não faz sentido dizer que uma coisa ocorreu antes ou depois da outra, e o decorrerdo tempo pode não passar de uma ilusão.