quinta-feira, 6 de maio de 2021

A primeira evidência de existência do multiverso

O 'Ponto Frio' pode ser a prova de que nosso universo é apenas um entre uma infinidade de outros universos do género bolhas de sabão.

Em 1964, os físicos Arno Penzias e Robert Wilson estavam trabalhando no Bell Labs em Holmdel, New Jersey, configurando recetores de micro-ondas ultrassensíveis para observações de radioastronomia.


multiverso
Photo//Universo Raciolista


Teoria do universo-espelho escondido no espaço-tempo



Não importava o que os dois fizessem, eles não conseguiam livrar os recetores do ruído de fundo do rádio que, intrigantemente, parecia vir de todas as direções ao mesmo tempo. Penzias contatou o físico da Universidade de Princeton, Robert Dicke, que sugeriu que o ruído de rádio pode ser radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB), que é a radiação de micro-ondas primordial que preenche o universo.

Por essa sua descoberta, Penzias e Wilson receberam o Prêmio Nobel de Física de 1978, e por um bom motivo. O seu trabalho nos conduziu a uma nova era de cosmologia, permitindo aos cientistas estudar e compreender nosso universo como nunca antes haviam feito.

No entanto, essa descoberta também levou a uma das descobertas mais surpreendentes da história recente. As características únicas no CMB podem ser a primeira evidência direta que já tivemos do multiverso, de uma infinidade de mundos e povos alienígenas que existem além do nosso conhecido universo.

No entanto, para entender adequadamente essa afirmação extraordinária, é necessário primeiro fazer uma viagem de volta ao início do espaço e do tempo.



A história do universo

De acordo com a teoria amplamente divulgada para a origem do nosso universo, nas primeiras centenas de milhares de anos após o Big Bang, nosso universo foi preenchido com um plasma extremamente quente composto de núcleos, elétrons e fótons, que espalharam a luz.

Por volta dos 380.000 anos de idade, a expansão contínua de nosso universo fez com que ele arrefecesse, ficando abaixo de 3.000 graus K, o que permitiu que os  elétrons se combinassem com os núcleos para formar átomos neutros, e a absorção de elétrons livres permitiu que a luz iluminasse a escuridão.

Prova disso, na forma de radiação da radiação cósmica de fundo (o CMB mencionado anteriormente), foi detetado por Penzias e Wilson e ajudou a estabelecer a teoria cosmológica do Big Bang.



Ao longo dos tempos, a expansão contínua arrefeceu o nosso universo para uma temperatura de cerca de 2,7 K, mas essa temperatura não é uniforme. As diferenças de temperatura surgem do fato de que a matéria não está uniformemente distribuída por todo o universo. Acredita-se que isso seja causado por pequenas flutuações de densidade quântica que ocorreram logo após o Big Bang.

Um ponto, em particular, visto do hemisfério sul na constelação de Eridanus, é particularmente frio, cerca de 0,00015 graus mais frio do que seus arredores. Apelidado de "Cold Spot", os cientistas pensaram originalmente que era um "supervoid", uma área que contém muito menos galáxias do que o normal.

Então, em 2017, investigadores do Centro de Astronomia Extragaláctica da Durham University do Reino Unido publicaram pesquisas que dizem sugerir que o Cold Spot não é um supervoide, afinal.


Revolvido o mistério da expansão do universo


Em vez disso pode ser evidência de universos alienígenas.

O professor de Durham, Tom Shanks, propôs o que descreveu como uma explicação "mais exótica" para o Cold Spot. No seu trabalho, Shanks argumentou que o ponto frio foi "causado por uma colisão entre nosso universo e outro universo bolha ... O ponto frio pode ser considerado a primeira evidência do multiverso, e bilhões de outros universos podem existir como o nosso . "

Anteriormente, físicos como Anthony Aguirre, Matt Johnson e Matt Kleban apontaram que uma colisão entre o nosso universo bolha e outra bolha no multiverso produziria, de fato, uma impressão na radiação cósmica de fundo. Além disso, eles notaram que ele apareceria como um ponto redondo com um nível mais alto ou mais baixo de intensidade de radiação.

A proposta de Shanks parece se encaixar no projeto, mas será que esse recurso realmente é uma evidência de uma infinidade de universos que existem além do nosso?



As leis do multiverso

Hoje, existem três contendores principais que explicam como o multiverso pode funcionar: a Interpretação de Copenhagen, a interpretação dos "muitos mundos" ou "ramos da função de onda" e as "branas paralelas" da teoria das cordas.

Vamos deixar a teoria das cordas para outro dia e nos concentrar nas outras duas explicações.

O total de todos os estados possíveis nos quais um objeto pode existir é chamado de superposição coerente de um objeto e é formado pelo que é conhecido como "função de onda" do objeto.

A mecânica quântica necessita de uma função de onda suave e totalmente determinística, uma expressão matemática que transmite informações sobre uma partícula na forma de inúmeras possibilidades para sua localização e características. Também requer algo que concretize uma dessas possibilidades e elimine todas as outras.



As opiniões dividem-se sobre como isso acontece, mas na teoria mais comum, conhecida como Interpretação de Copenhagen, isso ocorre através da observação da função de onda ou pela função de onda encontrar alguma parte do mundo "clássico". Isso faz com que a probabilidade, ou função de onda, "entre em colapso" e força a partícula a um estado.

A Interpretação de Copenhagen foi elaborada na década de 1920 pelos físicos Niels Bohr e Walter Heisenberg, que argumentaram que uma partícula não tem existência material até que seja submetida à medição (observação).


Nova teoria indica que o presente e o futuro existem simultaneamente


A Interpretação de Copenhague foi essencialmente uma farsa e, para muitos, insatisfatória.

Em 1935, o físico austríaco-irlandês Erwin Schrödinger articulou o problema com a Interpretação de Copenhagen com a sua famosa experiencia mental conhecida como Gato de Schrödinger.

Nesta experiencia teórica, um gato é colocado numa caixa lacrada junto com um pouco de material radioativo e um contador Geiger. Se o contador Geiger deteta a decomposição do material radioativo, ele dispara a libertação de um gás venenoso que mata o gato.

Enquanto a caixa está lacrada, o gato está numa superposição de estar vivo e morto ao mesmo tempo. É apenas quando a caixa é aberta que o gato é forçado a um estado ou outro. Schrödinger apontou que isso era ridículo e que a superposição quântica não funcionava com objetos grandes como gatos, porque é impossível para um organismo estar simultaneamente vivo e morto. Assim, ele raciocinou que a Interpretação de Copenhague deve ser inerentemente falha.

Uma série de alternativas à Interpretação de Copenhague foram propostas. Por exemplo, a abordagem de 'variáveis ​​ocultas' defendida por Albert Einstein e David Bohm, entre outros, sugere que a função de onda seja tratada como uma correção temporária até que os físicos finalmente encontrem algo melhor. Mais tarde em sua vida, Heisenberg propôs que o problema está em nossa noção da própria realidade. Ele sugeriu que a função de onda representa um nível “intermediário” de realidade.



A abordagem mais direta pode ser a da "interpretação de muitos mundos" (MWI), que foi postulada pela primeira vez em 1957 por um estudante graduado da Universidade de Princeton chamado Hugh Everett.  Everett estava estudando física com John Archibald Wheeler , que idealizou a estrutura do o universo como sendo um reino subatômico e agitado de flutuações quânticas, que ele chamou de "espuma quântica".

Na sua dissertação, intitulada A Teoria da Função de Onda Universal, Everett afirmou que a função de onda universal é real e não entra em colapso, como na Interpretação de Copenhagen. Nesse caso, todos os resultados possíveis de uma medição quântica são realizados em algum "mundo" ou universo e, por essa lógica, deve haver um número muito grande ou infinito de universos.

A interpretação de vários mundos de Everett da física quântica recebeu pouco apoio da comunidade da física, e Everett passou toda a sua vida profissional fora da academia. Everett acreditava tanto na sua teoria que comia o que queria, fumava três maços de cigarros por dia, bebia em excesso e se recusava a fazer exercícios. Em julho de 1982, Hugh Everett morreu repentinamente de ataque cardíaco aos 51 anos.

Seguindo suas instruções, Everett foi cremado e as suas cinzas jogadas no lixo. Em 1996, a filha de Everett, Elizabeth, suicidou-se, e sua nota de suicídio afirmava que ela também queria que suas cinzas fossem jogadas no lixo para que pudesse "acabar no universo paralelo correto para se encontrar com o papai".

O filho de Everett, Mark Oliver Everett, formou o grupo de rock "The Eels", cuja música costuma ser repleta de temas de família, morte e amor perdido.


O Universo pode ter uma quinta dimensão


Stephen Hawking e o multiverso

O famoso físico britânico Stephen Hawking morreu em 14 de março de 2018, após passar décadas confinado a uma cadeira de rodas e dependente de um sintetizador de fala devido a sofrer de esclerose lateral amiotrófica. O artigo de pesquisa final de Hawking, publicado apenas 10 dias antes de sua morte, foi escrito com Thomas Hertog, professor de física teórica na Universidade KU Leuven, na Bélgica, e dizia respeito ao multiverso.

No artigo intitulado "Uma saída suave da inflação eterna?" Hawking e Hertog propuseram que a rápida expansão do espaço-tempo após o Big Bang pode ter acontecido repetidamente, criando uma infinidade de universos.

Essa foi uma expansão da Teoria da Inflação, a teoria atualmente mantida de que o Big Bang não foi realmente o começo. A Teoria da Inflação sugere que, antes do Big Bang, o Universo estava cheio de energia que fazia parte do próprio espaço, e essa energia fez com que o espaço se expandisse a uma taxa exponencial. É essa energia que deu origem ao Big Bang.



No entanto, como a inflação, como tudo o mais, é quântica por natureza, ela deve ter terminado em momentos diferentes em locais diferentes, enquanto o espaço entre os locais continuou a inflar. Isso, por sua vez, significa que haveria regiões do espaço onde termina a inflação e começa um Big Bang, mas essas regiões nunca podem se encontrar, pois estão separadas por regiões de espaço em inflação.

Numa entrevista, Hawking explicou suas preocupações com a Teoria da Inflação, dizendo: 'A teoria usual da inflação eterna prevê que globalmente nosso universo é como um fractal infinito, com um mosaico de diferentes universos de bolso, separados por um oceano em inflação. As leis locais da física e da química podem diferir de um universo de bolso para outro, que juntos formariam um multiverso. Mas eu nunca fui um fã do multiverso. Se a escala dos diferentes universos no multiverso é grande ou infinita, a teoria não pode ser testada. "

Em vez disso, o par prevê que o universo, pelo menos nas escalas maiores, é realmente liso e finito. Sua teoria usa o conceito de holografia, que descreve como a realidade física em certos espaços 3D pode ser matematicamente reduzida a projeções 2D numa superfície. Ao usar esse conceito, eles foram capazes de reduzir a inflação eterna a um estado atemporal, definido em uma superfície espacial no próprio início do tempo.

Hertog e Hawking então usaram sua nova teoria para prever que o universo que emerge da inflação eterna é na verdade finito e muito mais simples do que a estrutura fractal infinita prevista pela teoria existente da inflação eterna.

Hawking explicou que, “Não estamos num único universo, mas nossas descobertas implicam uma redução significativa do multiverso, a uma gama muito menor de universos possíveis”.

Isso torna a teoria não apenas mais preditiva, mas também testável.

E, se Hawking e Hertog, Everett e Laura Mersini-Houghton , Tegmark e Greene, e uma multidão de outros físicos estiverem certos, então em algum lugar, noutro universo no exato momento em que você está lendo este artigo, Hawking  pode estr andando e falando animadamente sobre física.~


O Universo pode ter uma quinta dimensão

 

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