ZapingNews: Teoria do universo-espelho escondido no espaço-tempo

Será que nosso universo é o espelho de outro?

Essa teoria pode parecer maluca, mas existem algumas boas razões para os físicos acreditarem nela. Além disso, como um sinal misterioso detetado na Antártica há pouco tempo demonstrou, é possível até mesmo prová-la.

Photo//Hypeesscience

Revolvido o mistério da expansão do universo

O Modelo Lambda-CDM

A hipótese do universo-espelho vem de um artigo escrito por Latham Boyle, do Instituto Perimeter de Física Teórica (Canadá), e seus colegas, publicado em 2018 na revista Physical Review Letters. Neste artigo, os físicos trabalharam em cima de uma explicação dominante sobre a origem do universo, o Modelo Lambda-CDM (em inglês, “Lambda-Cold Dark Matter” ou “lambda-matéria escura fria”).

Esse modelo utiliza dois conceitos-chave, energia escura e matéria escura. No caso, uma energia escura desconhecida é o que causa a expansão do universo e, se “rebobinarmos” essa expansão até o seu início, o universo todo ocupa um ponto único no espaço (o Big Bang). E esse universo é composto principalmente por uma matéria escura invisível, que afeta gravitacionalmente a matéria regular.

O Modelo Lambda-CDM funciona muito bem para ilustrar o cosmos, mas possui algumas falhas. Por exemplo, medidas da expansão do universo nem sempre se alinham. Além disso, a teoria não explica por que a matéria existe, uma vez que ela deveria se aniquilar quando em contato com a antimatéria.

A hipótese do universo-espelho

Para tentar corrigir as falhas desse modelo, Boyle e seus colegas imaginaram um universo que vai mais longe no tempo do que o Big Bang. Esse segundo universo seria como o nosso, mas estaria na outra ponta desse ponto único no espaço.

Imagem// Meghan McCarter

Para entender isso, imagine o universo de hoje como um círculo chato um pouco maior do que o de ontem, e assim por diante. Empilhe todos esses círculos até o Big Bang e acabaria com um cone:

Os atuais telescópios podem pesquisar muito longe no espaço (e portanto no tempo), mas não conseguem ver o momento do Big Bang. O ponto mais distante alcançado nesse “cone” é o Fundo Cósmico de Microondas (CMB), que se formou 370.000 anos após o Big Bang.

Como as observações astronômicas param no CMB e nenhum modelo cosmológico vai mais longe do que o Big Bang, a equipa de Boyle decidiu cruzar essa linha.

De acordo com o físico, ao prestar atenção no universo muito próximo ao Big Bang, percebe-se que ele é muito mais simples do que a maioria das singularidades que surgem na teoria da gravidade de Einstein, por exemplo. E ele pode ser extrapolado, estendido, como um segundo cone ou segundo universo afastando-se, no tempo, para longe do Big Bang.

Imagem// Meghan McCarter

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Espelho significa igualzinho

Enquanto um segundo universo pode parecer exagero, Boyle diz que ele seria “a extensão mais simples e natural das equações que descrevem o universo como o vemos”. Do mesmo modo que o próprio Big Bang, o universo dentro deste “segundo cone” está muito longe no espaço-tempo para que possamos vê-lo.

E, enquanto do nosso quadro de referência, o tempo pode parecer retroceder nele, os seres desse universo (se houver algum) ainda veriam a causa surgir antes do efeito, assim como fazemos no nosso.

O tempo vai para longe do Big Bang nesse universo, exatamente como no nosso, ou seja, não voltaria “para trás” da maneira como poderíamos imaginar.

Por que faz sentido

Não temos evidências de que esse universo-espelho exista, mas ele faz sentido. Por exemplo, ele traz uma simetria extra que não vemos quando observamos apenas o cone superior. E tal simetria poderia “consertar” falhas numa teoria que vêm incomodando os físicos há anos.

A teoria da “simetria CPT”, ou simetria de carga, paridade e tempo, afirma que se mudarmos a carga, paridade ou direção de uma partícula, ela ainda deve se comportar da mesma maneira e obedecer às mesmas leis como fazia antes.

Imagem// Meghan McCarter

Essa simetria parecia inviolável até 1956, quando a física Chien-Shiun Wu da Universidade de Columbia (EUA) liderou uma experiencia que estabeleceu que algumas partículas podiam quebrar a simetria de carga. Outros estudos descobriram novas imperfeições, embora nenhuma partícula que quebre todos os três elementos da simetria tenha sido encontrada até hoje.

De maneira geral, no entanto, o próprio Modelo Lambda-CDM carece de uma simetria CPT clara. Já o modelo de Boyle, ao adicionar um segundo universo, ou segundo cone ao espaço-tempo, preserva essa simetria perfeitamente.

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Explicação simples para a matéria escura

Provavelmente sabe que os físicos tentam encontrar a matéria escura há muito tempo, sem sucesso. Uma das consequências mais interessantes do universo-espelho simétrico de Boyle é resolver esse problema.

Uma teoria popular dita que tal matéria invisível seria um quarto tipo de neutrino, chamado de neutrino estéril ou inerte. Hoje, conhecemos apenas três tipos de neutrinos, o elétron,o múon e o tau, e todos são “canhotos”. Isso significa que voam por aí sem um parceiro destro, violando a simetria. O Modelo Padrão da Física pressupõe que, diferentemente de outras partículas, os neutrinos não têm pares opostos. A simetria CPT discorda, é claro.

No cosmos de Boyle, no entanto, existem três neutrinos destros para acompanhar cada neutrino canhoto, só que eles agem um pouco diferente. Não ficam juntos como os quarks, por exemplo. Dois deles teriam há muito se perdido no espaço-tempo, decaindo na nossa visão do universo primitivo. Um terceiro teria ficado por aqui, como consequência das equações que governam o início dos tempos.

De acordo com Boyle, não está claro com qual dos três neutrinos canhotos conhecidos esse neutrino destro sobrevivente faria par, mas ele teria uma assinatura de energia específica, 480 picoelétron-volts (PeV).

Por outras palavras, tal neutrino de 480 PeV pode ser a tal matéria escura que tanto procuramos no universo.

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Sinal bizarro na Antártica

Quatro anos atrás, um detector de partículas pertencente ao projeto ANITA detectou algo estranho, sinais de partículas de alta energia que pareciam disparar diretamente do gelo antártico.

Mas estranho porquê? Porque partículas como essa não deveriam existir. Nenhuma das conhecidas pelo Modelo Padrão deveria ter sido capaz de andar por toda a Terra e explodir na Antártica a energias tão altas.

Em junho de 2020, um artigo divulgado através do banco de dados arXiv (o que não corresponde a uma publicação científica revisada por pares) levantou uma hipótese de que o ANITA poderia ter detetado neutrinos estéreis, uma vez que as partículas estranhas tinham o mesmo valor estimado de 480 PeV.

A ideia é boa, mas essencialmente é um tiro no escuro. Se os cientistas que a propuseram acertarem, vai ser sorte, e é mais provável que errem.

Por exemplo, o neutrino estéril não pode explicar totalmente a deteção bizarra do ANITA, uma vez que os modelos mostram que partículas candidatas à matéria escura como essa cairiam no centro da Terra depois de percorrem o nosso planeta, e não na superfície e muito menos na Antártica.

“Foi um conceito interessante”, disse John Learned, astrofísico da Universidade do Havaí (EUA) e um dos autores desse artigo. No entanto, nem mesmo ele está 100% convencido da hipótese. “Entre o pessoal da cosmologia, há uma ideia de que pode usar uma ‘fada dos dentes’ uma vez no seu modelo, mas duas vezes simplesmente não é credível. E acho que precisávamos da fada dos dentes duas ou três vezes para fazer esta hipótese funcionar”, explicou.

Boyle concorda que somente os números não são suficientes. Mas ele ainda está confiante de que a ideia subjacente, de um universo simétrico, é sólida. “Meu palpite pessoal é que, correta ou não, [essa teoria] está no caminho certo”, concluiu.

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