Os físicos poderão provar que o Multiverso é real?

Por Sarah Scoles

Astrônomos estão discutindo sobre a confiabilidade dessa intestada - e potencialmente intestável - ideia

O universo começou como um Big Bang e quase imediatamente começou a se expandir mais rápido do que a velocidade da luz em um surto de crescimento chamado de "inflação". Este súbito alongamento suavizou o cosmos, espalhando matéria e radiação igualmente através dele como ketchup e mostarda em um hambúrguer.

A expansão parou depois de apenas uma fração de segundo. Mas, de acordo com uma ideia chamada de "multiverso inflacionário", ela continuou - não apenas em nosso universo. E, assim como ela fez com o nosso universo, ela gerou outros tantos. Esta "inflação eterna" teria criado um número infinito de outros universos.

Juntas, estas ilhas cósmicas formam o que os cientistas chamam de "multiverso". Em cada uma destas ilhas, os fundamentos físicos desse universo - como as cargas e massas de elétrons e prótons e a maneira como o espaço se forma e se expande - poderia ser diferente.

Os cosmólogos estudam esta versão inflacionária do multiverso, mas o cenário estranho pode levar à outras formas. Imagine, por exemplo, que o cosmos seja infinito. Em seguida, imagine que a parte que podemos ver - o universo visível - é apenas um em um número incontável de outros, que agregam-se em conjunto para formar um multiverso. Uma outra versão, chamada de "Interpretação de muitos mundos", vem da mecânica quântica. Aqui, cada vez que uma partícula "faz uma escolha diferente", sua função de probabilidade faz com que ela apareça em vários universos diferentes recém gerados. 

Mas, todos esses outros universos podem estar além do nosso alcance científico. Um universo contém, por definição, todo o material que ninguém do lado dentro pode ver, detectar ou sondar. E como o multiverso é inacessível, física e filosoficamente, os astrônomos não podem ser capazes de descobrir com certeza se ele existe.

Determinar se vivemos ou não em uma das muitas ilhas, porém, não é apenas uma busca de conhecimento puro sobre a natureza do cosmos. Se existe o multiverso, a capacidade de hospedagem de vida do nosso universo particular não é um mistério: Um número infinito de universos menos hospitaleiros também existem. A nossa composição, então, seria apenas uma feliz coincidência. Mas nós não sabemos se os cientistas podem validar o multiverso. E como eles vão fazer isso - se é que isso seja possível mesmo fazer - permanece uma questão em aberto.

Resultados nulos

Esta incerteza apresenta um problema. Na ciência, os pesquisadores tentam explicar como a natureza funciona usando as previsões nas quais eles formalmente chamam de hipóteses. Coloquialmente, tanto eles quanto o público às vezes chamam estas ideias de "teorias", embora saibamos que, no sentido correto da palavra, cientificamente, "teoria" é o mais auto grau de comprovação de uma hipótese. Os cientistas especialmente gravitam em torno deste uso quando a sua ideia lida com um amplo conjunto de circunstâncias ou explica algo fundamental da física. E o que poderia ser mais amplo e fundamental do que o multiverso?

Para ter uma ideia de como se mover tecnicamente de uma hipótese para uma teoria, no entanto, os cientistas têm testado suas previsões e, em seguida, analisado os resultados para ver se a sua estimativa inicial é suportada ou refutada pelos dados. Se a ideia ganha apoio consistente o suficiente e descreve a natureza precisa e confiável, ela é promovida a uma teoria oficial.

Como os físicos estão explorando mais a fundo no coração da realidade, as suas hipóteses - como o multiverso - estão se tornando cada vez mais difíceis, e talvez até mesmo impossíveis, de se testar. Sem a capacidade de provar ou refutar as suas ideias, não há nenhuma maneira dos cientistas saberem o quão bem uma teoria realmente representa a realidade. É como encontrar uma pessoa em potencial na internet: Enquanto elas podem parecer legais e de boa índole no mundo digital, você não pode saber se o seu perfil representa a realidade dos fatos, até vocês se encontrarem pessoalmente. E se você nunca conseguir se encontrar pessoalmente, ela poderá muito bem ser um potencial fake, e você poderá estar sendo enganado. E assim poderia ser o multiverso.

Os físicos estão agora debatendo se o problema do multiverso move ideias da física à metafísica, usando a ciência e a filosofia. 

Representação da evolução do universo. Na ponta esquerda, temos o início do espaço e o tempo, também chamado de big bang. NASA/WMAP

Mostre-me o estado

Alguns físicos teóricos dizem que o seu campo precisa de provas mais frias  e rígidas e  preocupam-se em saber até onde a falta de provas leva. "É fácil escrever teorias", diz Carlo Rovelli do Centro de Física Teórica em Luminy, França. Aqui, Rovelli está usando a palavra coloquialmente, para falar que explicações hipotéticas do universo, fundamentalmente, funcionam. "É difícil escrever teorias que sobrevivam a prova da realidade", disse ele. "Poucas sobrevivem. Por meio deste filtro, temos sido capazes de desenvolver a ciência moderna e uma sociedade tecnológica para curar doenças e para alimentar bilhões. Tudo isso funciona graças a uma ideia simples: Não confie em seus caprichos. Mantenha apenas as idéias que podem ser testadas. Se pararmos de fazer isso, vamos voltar ao estilo de pensamento da Idade Média."

Ele e cosmólogos como George Ellis, da Universidade da Cidade do Cabo e Joseph Silk, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore atualmente trabalham e se preocupam com certas questões. Uma delas é o fato de que, como ninguém pode atualmente revelar idéias tais como se o multiverso é real ou não, os cientistas podem simplesmente continuar ao longo de suas trajetórias intelectuais sem saber se seus passeios chegarão a um ponto útil. "A Física Teórica está correndo o risco de se tornar uma terra de ninguém entre a matemática, a física e a filosofia, que realmente não atenderá as exigências de todos, Ellis e Silk observaram em um editoral da Nature em dezembro 2014.

Não é que os físicos não queiram testar as suas ideias mais loucas. Rovelli diz que muitos de seus colegas pensaram que com o avanço exponencial da tecnologia, eles seriam capazes de validar suas ideias agora. "Eu acho que muitos físicos não tem encontrado uma maneira de provar suas teorias, como eles esperavam, e, portanto, eles estão ofegantes de tanto procurar", diz Rovelli.

"A Física avança em duas maneiras", diz ele. Ou os físicos podem ver algo que não entendem e desenvolvem uma nova hipótese para explicar isso, ou expandem suas ideias em hipóteses existentes que estão em boas condições de funcionamento. "Hoje, muitos físicos estão perdendo tempo na sequência de uma terceira via: tentar adivinhar arbitrariamente", diz Rovelli. "Isso nunca funcionou no passado e não funcionará agora."

O multiverso pode ser uma dessas suposições arbitrárias. Rovelli não se opõe à ideia em si, mas à sua existência que está puramente em uma prancheta de desenhos. "Eu não vejo nenhuma razão para rejeitar a priori a ideia de que há mais na natureza do que a parte do espaço-tempo que vemos", diz Rovelli. "Mas eu não vi nenhuma evidência convincente até agora."

As "provas" precisam evoluir

Outros cientistas dizem que as definições de "evidência" e "prova" precisam de um upgrade. Richard Dawid, do Centro de Matemática Filosofia de Munique, acredita que os cientistas poderiam apoiar as suas hipóteses, como o multiverso, sem realmente encontrarem suporte físico. Ele expôs suas idéias em um livro chamado "Teoria das Cordas e o método científico". Neste livro, existe uma espécie de rubrica, chamada de "Teoria de Avaliação Não-Empírica", que é como uma folha de avaliação de feira de ciências para os físicos profissionais. Se uma teoria cumpre três critérios, ela é provavelmente verdadeira.

Primeiro, se os cientistas tentarem, sem sucesso, chegar a uma teoria alternativa que explica bem um fenômeno, isto conta como evidência em favor da teoria original. Em segundo lugar, se uma teoria se mantém parecida com uma melhor ideia quanto mais você estudá-la, isso se torna mais um ponto positivo. E terceiro, se uma linha de pensamento produziu uma teoria que mais tarde é apoiada pela evidência, as chances de que ela será verdadeira aumentarão.

Radin Dardashti, também do Centro de Filosofia e Matemática de Munique, acredita que Dawid está indo no caminho certo. "A ideia mais básica sustentando tudo isso é que, se temos uma teoria que parece que funciona, e não apareceu ainda nada que funcione melhor, as chances são que a nossa ideia esteja correta", diz ele.

Mas, historicamente, este reforço muitas vezes entrou em colapso, e os cientistas não têm sido capazes de ver as alternativas óbvias para idéias dogmáticas. Por exemplo, o Sol, que parece sempre estar subindo no céu e, parece girar em torno da Terra. As pessoas, portanto, muito tempo se pensou que a nossa estrela orbitou a Terra.

Dardashti adverte que os cientistas não devem aplicar a ideia de Dawid pois, querendo ou não, ela precisa de mais desenvolvimento. Pode haver uma melhor ideia lá fora para "testar" as ideias multiverso e outras que são muito difíceis, ou até mesmo impossíveis, de se testar. Ele observa, porém, que o tempo precioso dos físicos seria melhor gasto sonhando com maneiras de encontrar evidências reais.

Nem todo mundo é tão otimista, no entanto. Sabine Hossenfelder, do Instituto Nórdico de Física Teórica em Estocolmo, acredita que o "pós-empirismo" e a "ciência" não podem viver juntos. "A física não é só encontrar a verdade. Física é a forma de descrever o mundo", escreveu ela em seu blog Backreaction em resposta a uma entrevista em que Dawid expôs suas idéias. E se uma ideia (que ela também chama coloquialmente de teoria) não tem respaldo empírico e físico, ela não se sustenta. "Se não fizer contato com a observação, uma teoria não é útil para descrever o mundo natural, não faz parte das ciências naturais, e não física", ela concluiu.

Multiverso (Universidade de Standford)

A verdade está lá fora

Alguns defensores do multiverso alegam que eles encontraram a evidência física real para o multiverso. Joseph Polchinski, da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, e Andrei Linde, da Universidade de Stanford - alguns dos físicos teóricos que trabalham com o modelo atual de inflação e como ele leva aos universos-ilha - dizem que a prova está codificada em nosso cosmos.

Este cosmos é enorme, macio e plano, assim como a inflação diz que deve ser. "Levou algum tempo até nos acostumarmos com a ideia de que o grande tamanho, a planura, a isotropia e a homogeneidade do universo não devem ser descartados como fatos triviais para a vida", escreveu Linde em um artigo que apareceu na arXiv.org. "Em vez disso, eles devem ser considerados como dados experimentais que requerem uma explicação, que foi fornecida com a invenção da inflação."

Da mesma forma, nosso universo parece afunilar para ser favorável à vida, com a sua taxa de expansão que não é muito rápida ou muito lenta, um elétron que não é muito grande, um próton que tem a exata carga oposta, mas a mesma massa que um nêutron e um espaço quadridimensional em que podemos viver. Se o elétron ou próton fossem, por exemplo, um por cento maior, seres como nós não poderiam existir. Quais são as chances de que todas as propriedades se alinhem para criar pedaços de átomos biológicas que se formariam e evoluiriam?

Em um universo que seja, de fato, o único universo, as chances são muito pequenas. Mas em um multiverso eternamente inflacionário, é certo que um dos universos deverá vir a ser como o nosso. Cada universo-ilha pode ter diferentes leis físicas e fundamentos. Dadas as mutações infinitas, um universo no qual os seres humanos podem existir vai nascer. O multiverso realmente explica por que estamos aqui. E nossa existência, portanto, ajuda a explicar por que o multiverso é plausível.

Estas peças indiretas de evidência, estatisticamente combinadas, levaram Polchinski a dizer que ele há 94 por cento de certeza que existe o multiverso. 

A imagem detalhada, todo o céu do universo infantil criado a partir de nove anos de dados do WMAP. A imagem revela flutuações de temperatura com 13,77 anos de idade (mostradas como diferenças de cor) que correspondem às sementes que cresceram para se tornar as galáxias. (Equipe de Ciência da NASA / WMAP)

Eventualmente, os cientistas podem ser capazes de descobrir evidências mais diretas do multiverso. Eles estão à procura de estrias que a inflação teria deixado sobre a radiação cósmica de fundo, a luz que sobrou do Big Bang. Estas impressões poderiam dizer aos cientistas se a inflação aconteceu, e ajudá-los a descobrir se ela ainda está acontecendo muito longe da nossa visão. Se o nosso universo colidiu com outros no passado, isso também teria deixado marcas na radiação cósmica de fundo. Os cientistas seriam capazes de reconhecer isso, como em um acidente entre dois carros. E se existem dois carros, assim devem haver muito mais.

Em 50 anos ou mais, os físicos podem timidamente apresentar a evidência de que a teoria cosmológica de estimação do início do século 21 estava errada.

"Estamos trabalhando em um problema que é muito difícil, e por isso, devemos pensar sobre isso em uma escala de tempo muito longa," aconselhou Polchinski a outros físicos. Isso não é incomum na física. Há cem anos, a teoria da relatividade geral de Einstein, por exemplo, previu a existência de ondas gravitacionais. Mas os cientistas só puderam verificá-la recentemente com um instrumento de bilhões de dólares chamado LIGO (Gravitational-Wave Observatory Laser Interferometer).

Uma imagem da colisão de um universo com outro pode aparecer no fundo de microondas. Créditos: University London College

Até agora, toda a ciência tem contado com testabilidade. É o que faz a ciência ser ciência e não nos deixa sonharmos acordados. Suas regras estritas mandaram os seres humanos para fora dos castelos escuros e úmidos e também para o espaço. Mas esses testes levam tempo, e a maioria dos teóricos não querem esperar. Eles não estão prontos para arquivar uma ideia tão fundamental quanto o multiverso - o que poderia realmente ser a resposta para a vida, o universo e tudo mais - e até menos provar a si mesmos que ele não não existe. E esse dia pode nunca chegar.

Traduzido e adaptado de Smithsonian