Surpresa: o Big Bang não começou nosso universo

Surpresa: o Big Bang não começou nosso universo

6 de junho de 2022 0 Por Jonas Estefanski
Compartilhar:

No começo, havia… bem, talvez não houvesse começo. Talvez nosso universo sempre tenha existido – e uma nova teoria da gravidade quântica revela como isso poderia funcionar.

Surpresa: o Big Bang não começou nosso universo, havia outro universo antes dele

“A realidade tem tantas coisas que a maioria das pessoas associaria à ficção científica ou mesmo à fantasia”, disse Bruno Bento, físico que estuda a natureza do tempo na Universidade de Liverpool, no Reino Unido.

Em seu trabalho, ele usou uma nova teoria da gravidade quântica, conhecida como teoria dos conjuntos causais, na qual o espaço e o tempo são subdivididos em partes discretas do espaço-tempo. De acordo com essa teoria, existe, até certo ponto, uma unidade fundamental de espaço-tempo.

Bento e seus colaboradores usaram essa abordagem causal para explorar o início do universo. Eles descobriram que talvez o universo não teve começo – que sempre existiu no passado infinito e só recentemente evoluiu para o que hoje chamamos de Big Bang.

Um quantum de gravidade

Surpresa: o Big Bang não começou nosso universo, havia outro universo antes dele

A gravidade quântica é talvez o problema mais frustrante que a física moderna enfrenta. Temos duas teorias extremamente poderosas sobre o universo: a física quântica e a relatividade geral. 

A física quântica descreveu com sucesso três das quatro forças fundamentais da natureza (eletromagnetismo, a força fraca e a força forte) na escala microscópica. Por outro lado, a relatividade geral é a descrição mais forte e completa da gravidade já inventada.

Mas, apesar de todos os seus pontos fortes, a relatividade geral é incompleta. Em pelo menos dois lugares específicos do universo, a matemática da relatividade geral simplesmente falhou, não produzindo resultados confiáveis: nos centros dos buracos negros e no início do universo. 

Essas regiões são conhecidas como “singularidades”, que são pontos no espaço-tempo onde nossas leis atuais da física desmoronam, e são sinais matemáticos de alerta de que a teoria da relatividade geral está tropeçando em si mesma. Dentro dessas duas singularidades, a gravidade se torna incrivelmente forte em escalas de comprimento muito pequenas.

Como tal, para resolver os mistérios das singularidades, os físicos precisam de uma descrição microscópica da gravidade forte, também conhecida como teoria quântica da gravidade. Existem muitos oponentes por aí, incluindo a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop.

E há outra abordagem que reescreve completamente nossa compreensão de espaço e tempo.

Teoria dos conjuntos causais

Surpresa: o Big Bang não começou nosso universo, havia outro universo antes dele

Em todas as teorias físicas atuais, espaço e tempo são contínuos. Eles formam um tecido liso que subjaz a toda a realidade. Nesse contínuo espaço-tempo, dois pontos podem estar tão próximos quanto possível no espaço, e dois eventos podem ocorrer no tempo mais próximo possível.

“A realidade tem tantas coisas que a maioria das pessoas associaria à ficção científica ou mesmo à fantasia.” – Bruno Bento

Mas outra abordagem, conhecida como teoria dos conjuntos causais, reimagina o espaço-tempo como uma série de blocos discretos, ou “átomos” de espaço-tempo. Essa teoria colocaria limites estritos sobre quão próximos eventos podem estar no espaço e no tempo, uma vez que eles não podem estar mais próximos do que o tamanho dos “átomos”.

Por exemplo, se você estiver olhando para a tela lendo isso, tudo parecerá suave e contínuo. Mas se você olhar para a mesma tela através de uma lupa, poderá ver os pixels que dividem o espaço e descobrirá que é impossível aproximar duas imagens na tela do que um único pixel.

Essa teoria da física empolgou Bento. “Fiquei emocionado ao encontrar essa teoria, que não apenas tenta ser o mais fundamental possível – sendo uma abordagem da gravidade quântica e realmente repensando a própria noção de espaço-tempo – mas que também dá um papel central ao tempo e ao que ele fisicamente significa para o tempo passar, quão físico seu passado realmente é e se o futuro já existe ou não”, disse Bento à Live Science.

Começo do tempo

Surpresa: o Big Bang não começou nosso universo, havia outro universo antes dele

A teoria dos conjuntos causais tem implicações importantes para a natureza do tempo. 

“Grande parte da filosofia do conjunto causal é que a passagem do tempo é algo físico, que não deve ser atribuída a algum tipo emergente de ilusão ou a algo que acontece dentro de nossos cérebros que nos faz pensar que o tempo passa; essa passagem é, em si, uma manifestação da teoria física”, disse Bento. “Então, na teoria dos conjuntos causais, um conjunto causal crescerá um ‘átomo’ de cada vez e ficará cada vez maior.”

A abordagem do conjunto causal elimina nitidamente o problema da singularidade do Big Bang porque, em teoria, as singularidades não podem existir. A matéria não pode ser comprimida em pontos microscópicos – eles não podem ser menores que o tamanho de um átomo do espaço-tempo.

Então, sem a singularidade do Big Bang, como seria o início do nosso universo? É aí que Bento e seu colaborador, Stav Zalel, aluno de pós-graduação do Imperial College London, se aprofundam no assunto, descobrindo o que a teoria dos conjuntos causais diz sobre os primeiros momentos do universo. 

Seu trabalho aparece em um artigo publicado em 24 de setembro no banco de dados arXiv pré-impresso. (O artigo ainda não foi publicado em um periódico revisado por pares.)

O artigo examinou “se deve existir um começo na abordagem do conjunto causal”, disse Bento. “Na formulação e dinâmica do conjunto causal original, classicamente falando, um conjunto causal cresce do nada para o universo que vemos hoje. Em nosso trabalho, em vez disso, não haveria Big Bang como um começo, pois o conjunto causal seria infinito para o passado.

O trabalho deles implica que o universo pode não ter tido início – que simplesmente sempre existiu. O que percebemos sobre o Big Bang pode ser apenas um ponto específico no desenvolvimento desse conjunto sempre presente de causalidade, não um começo real.

No entanto, ainda há muito trabalho a ser feito. Ainda não está claro se essa abordagem causal de início zero poderia permitir que as teorias físicas com as quais podemos trabalhar para descrever a evolução complexa do universo durante o Big Bang.

“Ainda se pode perguntar se essa [abordagem do conjunto causal] pode ser interpretada de maneira ‘razoável’, ou o que essa dinâmica significa fisicamente em um sentido mais amplo, mas mostramos que uma estrutura é de fato possível”, disse Bento. “Então, pelo menos matematicamente, isso pode ser feito.”

Em outras palavras, foi… um começo.