A ORIGEM DO UNIVERSO PELA TEORIA-M DE HAWKING.

A maioria das pessoas acredita (erroneamente) que o big bang é a resposta para a origem do universo. Na verdade o big bang corresponde não a sua origem, mas a evolução do universo, ou seja, os primeiros momentos de inflação e de espalhamento da energia concentrada em um ponto quente de densidade infinita.

O big bang é a explosão que desencadeou a evolução do universo. A origem do universo é um evento quântico.

A relatividade geral de Einstein explica justamente essa evolução, como as leis da física foram estabelecidas ao longo do tempo de existência do universo. A origem do universo, ou o mecanismo que deu origem a essa explosão é um evento que é explicado pela física quântica e vem sendo elucidado por físicos ao longo do último século.

Existem muitas abordagens que podem ser feitas para estudar a origem do universo e uma delas é a proposta pela física quântica.

Isso ocorre porque a física clássica newtoniana não funciona tão bem quando estamos olhando em uma escala diferente. Um exemplo comparativo é que Newton dizia que o menor caminho percorrido 

entre dois pontos é uma reta. Sob o ponto de vista da relatividade geral por exemplo a menor distancia a ser percorrida entre dois pontos pode ser uma curva, isso porque os objetos seguem uma trajetória geodésica em uma superfície bidimensional como a superfície da Terra. Essa idéias é muito utilizada por exemplo para calcular rotas de avião e sob a física newtoniana teria um resultado bastante diferente. Mas a física relativista de Einstein ainda sim é uma física clássica.

A física clássica nós podemos estudar em casa, qualquer pessoa hoje em dia pode comprar os pêndulos de Newton. Einstein elaborou sua teoria da relatividade baseado em seu cotidiano, mais precisamente olhando o movimento do trem que pegava para ir trabalhar como registrador de patentes.

Sob o ponto de vista da física quântica o menor trajeto entre dois pontos pode ser qualquer trajetória possível dentro do espaço. De fato o princípio da incerteza mostra justamente isso.

Ao calcularmos a trajetória de uma partícula subatômica podemos definir suas possíveis trajetórias, mas não a sua velocidades. Por outro lado se calcularmos sua velocidade não saberemos a sua trajetória. É justamente essa abordagem da física quântica que mostra que o universo pode ser constituído sob muitas versões.

A física relativista demonstra a evolução do universo com base principalmente na gravidade. Na verdade a chave da evolução do universo e também de sua origem esta em volta da gravidade como neutralizador da energia.

Existem muitas formas de estudar a origem do universo. A teoria mais aceita é a do big bang que mostra um universo formado por três dimensões do espaço (norte-sul, leste-oeste, para cima e para baixo) mais o tempo como uma dimensão já que tanto o espaço quanto o tempo podem ser dobrados quando submetidos a ação da gravidade.

Assim o big bang pode ser estudado sob a abordagem Top-down onde partimos do presente para estudar o contra-fluxo dos eventos que ocorreram ao longo do tempo de existência ou inflação do universo. E a abordagem Botom-up, onde estudamos o universo de sua origem seguindo o tempo e a inflação até o presente.

Outra abordagem sob a origem do universo que é mais complicada embora tenha sido bastante respeitada é a teoria das cordas, onde há a presença de 10 dimensões mais uma que é o tempo. Sob essa concepção só utilizamos 4 dessas dimensões enquanto as outras se encontram enroladas sob si e inacessíveis. Alguns físicos tem notado muitas dualidades nas diferentes versões da teoria das cordas.

Sob o ponto de vista quântico existem vários universos. Cada qual sendo criado e destruído segundo as leis da física que podem ter constantes diferentes a nossa e atuar de formasdistintas. Desta forma temos o termo chamado Multiverso e a quantidade de universos possíveis chega a casa do 10⁵⁰⁰. O nosso universo seria somente mais uma versão.

Desta forma sob o ponto de vista da física quântica chegamos a uma conclusão bastante evidenciada ao longo da historia da ciência e que tem ferido a concepção de que tudo foi criado para nos servir. O universo não conspirou a nosso favor, ele é simplesmente uma versão de trilhões de outros universos possíveisEssa teoria diz que o nosso universo é só mais uma brana.

Alguns cientistas dizem que estas branas ficam afastadas umas das outras e podem se chocar. Nos intervalos entre choques, estas branas se expandem e se atraem. Durante este retorno, ocorre á inflação do universo, e sua aceleração. Assim o universo que conhecemos pode fazer parte de um Multiverso que vem se ajustando ao longo do tempo.

Ao longo da historia os religiosos acreditavam que a Terra era o centro do universo, hoje não somos mais o centro, na verdade não somos mais um único planeta como pensavam. Existem trilhões de planetas e bilhões e bilhões de estrelas. Portanto nosso sol é só mais uma estrelinha no céu, e nosso planeta uma poeira no meio da praia, ou um planeta na periferia de uma galáxia qualquer.

Um planeta com condições de vida como o nosso não é mais único, existem vários planetas com números equivalentes a da Terra no que tange a sua distancia em relação a sua estrela ou sua probabilidade de ocorrência de vida (não inteligente) na zona ecológica com uma trajetória elíptica similar.

Sob o ponto de vista do big bang o universo tem aproximadamente 13,7 bilhões de anos. Essa data é alcançada através do Princípio Antrópico. Sabemos que o registro de vida mais antigo tem aproximadamente 3 bilhões de anos, a Terra mais ou menos 4,5 bilhões de anos, o sistema solar 5 bilhões. Para a ocorrência de vida a sua base química primordial é o carbono. O carbono não foi formado logo no início da inflação do universo, mas sim ao longo de sua evolução.

Os primeiros elementos simples que fizeram parte do universo primordial foram o Hidrogênio o Hélio e o Lítio. Apesar de todo o caos no início de formação do universo onde estrelas e galáxias eram forçadas e se chocavam criando buracos negros que puxam  a matéria e formavam nossos compostos para a formação de novos eventos cosmológicos o carbono é resultado de bilhões de anos de reações químicas que ocorreram no maior laboratório químico do mundo, as estrelas.

As estrelas funcionam de forma bastante especial (TELESCÓPIO FOTOGRAFA AGLOMERADO DE ESTRELAS BEBÊS) elas fundem átomos de hidrogênio, juntando dois a dois pela fusão nuclear e liberando quantidades absurdas de energia. Ao fundir-se ocorre a formação do hélio que pode se fundir com um terceiro hélio e formar o berílio que é bastante instável e se desfaz formando o hélio novamente.

Ao longo de sua vida a estrela repete esse processo ate que acaba seu combustível e explode em um evento chamado Supernova. Essa explosão consegue manter estável essas ligações químicas e formar o carbono. A explosão libera esse carbono por todo o espaço e pode estar presente em novas formações de corpos celestes e permitir a vida. De fato, um processo deste demora mais ou menos 10 bilhões de anos segundo as estimativas dos físicos e cosmólogos. O principio antrópico é justamente este, ele mostra que antes de 10 bilhões de anos não havia matéria prima para a formação da vida que culmina justamente nos últimos 3 bilhões de anos que quando somado com o tempo de explosão das primeiras Supernovas datam exatamente 13 bilhões de anos.

A evolução do universo é sugerida pela inflação, que é o processo de expansão do universo e que é considerado um fato consolidado pela física graças a medicação de radiação de fundo. Essas microondas são liberadas pelas galáxias que tendem a se distanciar cada vez mais uma das outras. Como conseqüência essa radiação de microondas que sai de uma galáxia tem demorado cada vez mais para chegar na nossa galáxia e evidencia que o universo ainda esta em um processo de inflação que iniciou após o big bang e vem se desacelerando ao longo desses bilhões de anos.

Ao longo do tempo essa radiação que incide sobre nossa galáxia tem apresentado também oscilações resultado das oscilações de temperatura que vem ocorrendo desde o big bang uma vez que o universo ao mesmo tempo que infla perde parte de sua temperatura.

Então sob a concepção quântica o nosso universo é somente mais um dentre tantos universos possíveis, criados e destruídos por serem insustentáveis. Assim as leis que governam o nosso universo são tão especificas que nos levaria a crer que ele foi especialmente projetado para nós, mas sob o ponto de vista quântico outros universos podem ser criados e podem ter leis que suportem uma probabilidade de vida semelhante a nossa, superior a nossa ou nenhuma forma de vida.

A gravidade proposta pela massa de um corpo celeste deforma o espaço .

Estudos mostram que durante milhares de anos as forças naturais que conhecemos hoje e que chamamos de constantes na física eram diferentes em épocas remotas e ainda permanecem iguais em determinados pontos do universo. Estas forças naturais por terem sido diferentes do que são hoje, impediam o surgimento da própria vida. Em uma reportagem da Scientific American, estudiosos mostraram que uma variação naConstante de estrutura fina poderia causar transtornos nas atividades comuns ao universo hoje. A constante da estrutura fina é dada pela fórmula α=e²/2 ε₀hc

Se a constante da estrutura fina fosse menor, a densidade da matéria atômica também seria menor e as ligações entre elas seriam mais frágeis diante de temperaturas menores. Se a estrutura fina fosse maior, os núcleos atômicos muito pequenos não existiriam devido a repulsão elétrica entre os prótons e nêutrons. Possivelmente em alguns outros lugares do Universo esta constante seja diferente e com certeza diferentes se há realmente esses multiversos. No nosso caso o que importa é que durante os últimos 6 bilhões a energia escura começou a tomar conta do universo fazendo com que a constante de estrutura fina se mantivesse na mesma medida. Essa variação da constante no universo também fornece dados fundamentais impossibilitando a existência de vida inteligente em outro planeta graças ao princípio antrópico e a equação de Drake (N = T x F_p x N_p x f_v x f_i x f_c x v) essa possibilidade cai ainda mais.

Para Einstein o universo era estático e então ele propôs uma constante cosmológica que foi abandonada quando descobriu-se a inflação do universo. Hoje sabemos que mesmo quando Einstein errou ele também acertou, pois  a constante cosmológica realmente existe e é a anti-gravidade atuando sob a gravidade evitando que o universo entre em colapso sobre si mesmo.

Mas qual a origem do universo?

Bem, essa é a proposta trazida por Stephen Hawking em seu ultimo livro O grande projeto ele explica que a origem do universo é um evento quântico e sua criação é perfeitamente possível sob a unificação das teorias da física, a chamada de Teoria-M.

A unificação das leis é uma tentativa de juntar a força nuclear forte, força nuclear fraca, eletromagnetismo e a gravidade de Einstein em uma coisa só.

A gravidade é a força mais fraca do universo embora tenha longo alcance. A eletromagnetismo foi desenvolvido por Richard Feymann na década de 40; a força nuclear fraca é a radiação responsável pela formação dos elementos das estrelas e dos primórdios do universo. A força nuclear forte é a que une as partículas de um nucleo atômico, os prótons e nêutrons. No final da década de 60 Abdul Salam e Steven Weinberg conseguiram unificar o eletromagnetismo com a força fraca e denominaram a cromodinamica quântica. O grande problema esta sendo unificar a cromodinamica quântica com a força nuclear e a aparente impossibilidade (até o momento) de conecta-las a gravidade.

Multiverso

Se for realmente possível a unificação dessas quatro leis é possível compreender a formação do universo sob o ponto de vista quântico.

O universo pode ser criado sob simples regras. Isso quer dizer que com simples regras como essas 4 leis é possível criar estruturas extremamente complexas partindo do zero. De fato isso tem sido evidenciado até mesmo em outras áreas da ciência como na biologia. A proposta de Darwin é bastante simples e tem explicada com notável êxito a complexidade química, anatômica e estrutural dos organismos vivos seguindo a idéia de que organismos com pequenas modificações que lhes conferem vantagens tem maior chance de sobreviver e passar essas vantagens a próxima geração. Esse acúmulo de sutis modificações ao longo de milhões de anos é o mecanismo que explica tamanha biodiversidade no planeta e graus de complexidades na vida, explicando desde a simples bactéria ao besouro bombardeiro. Como isso é possível? É possível porque os menos aptos e as mudanças que não conferem vantagens aos vivos pune com a morte.

A mesma coisa ocorre na física, a unificação das leis da física em uma Teoria M, ou uma única lei que desmembra-se pode explicar a origem do universo.

Já foi demonstrado que o vácuo pode gerar partículas elementares da matéria. Isso porque o vácuo é uma aniquilação que ocorre quando a matéria se uni a sua antimatéria. Essa aniquilação libera energia e luz. A luz é um pacote de elétrons que se propaga em forma de ondas e como sabemos os elétrons (formado por partículas subsubatomicas como os quarks [que possuem também antiquarks e assim por diante como uma casa de bonecas russa]) são elementos básicos para a base da matéria (veja: PARTÍCULAS PODEM SER CRIADAS A PARTIR DO VÁCUO)

Sob a unificação das leis da física na Teoria M o universo é uma criação espontânea, motivo na qual suporta a proposta de Hawking, de que o universo é uma conseqüência das leis da física, ou da Teoria-M.

Mas então como a física quântica explica a origem do universo? Como a Teoria-M e a gravidade se encaixam como origem e evolução do universo? O que Hawking quer dizer com isso?

Aqui entra o complicado grande projeto e suas leis.

Todo objeto tem uma força positiva, se a energia de um objeto fosse negativa ela seria sido criada em estado de movimento e neutralizada com a energia positiva. O espaço então seria estável.

Para criar um corpo gasta-se energia e isso não pode ocorrer já que o universo é estável e constante. Ou seja, a energia do universo deve ser nula obedecendo a lei da termodinâmica de que ela não pode ser criada nem destruída.

Mas se para criar um objeto a energia deve ser nula o universo seria criado do nada?

Ai entra a gravidade. Ela é uma força de atração, portanto trás uma energia negativa. Alias, essa relação entra energia e matéria é a base da formula de Einstein (E=m.a²). A evolução do universo é dada pela desaceleração da energia (após o big bang) que é convertida em matéria. Se pegarmos um carro e acelerarmos ele a velocidade da luz ele será deformado e convertido em energia pura.

Sendo a gravidade uma energia é notável que para separar a gravitação da Lua sob Terra (e vice e versa) utiliza-se muita energia. Essa energia negativa da gravidade neutraliza a criação de matéria pela energia positiva.

Embora a gravidade (força negativa) seja uma força bilhões de vezes inferior a energia positiva há um detalhe importante. Uma estrela esta carregada de energia negativa da gravidade e quanto menor for o corpo mais negativa ela será, mas antes dela superar a energia positiva a estrela colapso em um buraco negro. Portanto eles não aparecem do nada, mas o universo pode surgir espontaneamente.

Como a gravidade deforma o tempo e o espaço ela permite que ele seja estável em um local, mas totalmente instável em sua amplitude. Então se a energia positiva da matéria pode ser anulada pela energia negativa da gravidade o universo pode surgir de formas bastante diferentes contemplando um multiverso, ou seja, vários universos com suas características especificas.

Com a gravidade o universo pode se auto-criar de acordo com o ponto de vista da Teoria-M, isso se essa unificação for possível e de acordo com o previsto, sendo ela um evento quântico.

Fica claro aqui que a relatividade de Einstein explica a evolução do universo e não a sua origem embora a gravidade seja a base para ambos. Sob a concepção da Teoria-M que pode surgir se algum dia ocorrer a unificação das 4 leis do universo é uma proposta bastante interessante e complicada para se supor, embora seja sob o ponto de vista da física sustentada de acordo com as leis.

A gravidade entra como um suporte de neutralização das diferentes forças que poderiam estabelecer a criação de infinitos universos com diferentes constantes e probabilidades baseada unicamente na proposta quântica, demonstrando que nosso universo é somente um dentre tantos possíveis no mundo da difícil física quântica. Portanto, se a unificação for possível essa teoria pode se tornar mais concreta com o tempo.