Einstein estava errado e Big Bang não é o começo do universo, diz esta teoria

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Quando os astrônomos descobriram que o universo está em constante expansão, alguns cientistas, incluindo Stephen Hawking em sua tese de doutorado, usaram a Relatividade Geral de Albert Einstein para demonstrar que essa expansão implica em um “começo” de tudo — o Big Bang. Hoje, essa ideia é aceita pela comunidade científica, mas outra teoria quer substituí-la por uma nova compreensão do espaço, do tempo e do próprio início do universo. Ou melhor, a ausência de um início.

Há muitas tentativas de substituir a Relatividade Geral porque ela é considerada incompleta. É que, embora seja eficaz para explicar o universo em grande escala, a teoria de Einstein é incompatível com a mecânica quântica. Suas “fragilidades” se tornam notáveis quando físicos teóricos tentam aplicá-la em buracos negros, mais precisamente no minúsculo ponto infinitesimal chamado singularidade, onde a massa do buraco negro se concentra.

Curiosamente, a própria Relatividade Geral prediz a existência das singularidades, mas não consegue resolvê-las porque não existe uma teoria da gravitação quântica. Em outras palavras, o trabalho de Einstein não pode explicar como a singularidade — teoricamente menor que qualquer partícula conhecida — consegue ter um campo gravitacional tão extremo. Na verdade, toda a matemática se “quebra” quando os cientistas tentam entender a singularidade.

Concepção artística da Gravity Probe B em órbita da Terra para medir a curvatura do espaço-tempo, comprovando a Relatividade Geral (Imagem: Reprodução/NASA)
Concepção artística da Gravity Probe B em órbita da Terra para medir a curvatura do espaço-tempo, comprovando a Relatividade Geral (Imagem: Reprodução/NASA)

Esse problema nos leva inevitavelmente ao Big Bang, porque, segundo essa teoria em sua explanação mais clássica, o universo começou em uma singularidade. Então, na tentativa de compreender como a gravidade funciona no universo quântico, os físicos eventualmente propõem novas “teorias de tudo”. Às vezes, elas apenas complementam a Relatividade Geral, mas também existem algumas ideias completamente diferentes, como a famosa Teoria das Cordas. Outra, mais recente, é a Teoria dos Conjuntos Causais.

Nesse ponto, é importante esclarecer que tanto a Teoria das Cordas quando a de Conjuntos Causais são apenas hipóteses, pois ainda não se consegue testar e observar suas predições através do método científico. Elas carregarem o termo “teoria” (normalmente usado quando a ciência comprova uma determinada explicação para uma observação) porque são teorias matemáticas, ou seja, possuem um conjunto de axiomas próprio, postulados e elementos. Para ser considerada uma teoria física, ou científica, é preciso testar suas previsões.

Dito isso, a Teoria dos Conjuntos Casuais propõe que o espaço e o tempo possuem uma unidade fundamental, ou quantum. Assim como os pais da mecânica quântica definiram a luz como algo emitido em “pacotes de energia” quantizados, essa teoria diz que o espaço-tempo é formado por seus próprios “pacotes”, por assim dizer. Essa é uma abordagem interessante por não buscar uma gravidade quantificável (como fazem as hipóteses sobre a existência da partícula gráviton, responsável pela gravidade), mas reescreve a natureza do espaço-tempo.

(Imagem: Reprodução/Gerd Altmann/Pixabay)
(Imagem: Reprodução/Gerd Altmann/Pixabay)

Se o espaço-tempo é quântico, uma série de implicações deve ser considerada. Haveriam partículas fundamentais, ou unidades discretas de espaço-tempo e alguns limites seriam impostos aos eventos que podem ocorrer no universo. Nas demais teorias, o espaço e o tempo são contínuos, por isso permitem que dois pontos podem estar o mais próximo possível um do outro, tanto no espaço quanto no tempo, mas isso não é permitido na mecânica quântica. Nela, as unidades discretas, ou pacotes, não aceitam um “meio-termo”. Você pode ter duas unidades discretas de luz (que chamamos de fótons), mas não pode ter 1,5 unidade de luz.

Isso significa que, caso a Teoria dos Conjuntos Casuais esteja correta, existe um limite para o quão próximos dois pontos podem estar um do outro, e esse limite é restrito ao tamanho da própria “partícula do espaço-tempo”. Deste modo, não apenas o tempo se torna uma manifestação física, como a singularidade se torna impossível. Sem singularidades no universo, não há mais conflitos com a gravidade para resolver.

Contudo, se não há singularidades no universo, também não há Big Bang. Então, como o universo começou? É aí que entra o novo artigo de Bruno Bento e Stav Zalel, da Universidade de Liverpool e do Imperial College London, respectivamente. Eles exploram as implicações da Teoria dos Conjuntos Causais, em especial o início do Cosmos, e afirmam que o universo sempre existiu.

Esta linha do tempo do universo mostra uma outra hipótese, com um período de inflação que vem antes dos eventos normalmente atribuídos ao Big Bang (Imagem: Reprodução/Roen Kelly/BICEP2 Collaboration)
Esta linha do tempo do universo mostra uma outra hipótese, com um período de inflação que vem antes dos eventos normalmente atribuídos ao Big Bang (Imagem: Reprodução/Roen Kelly/BICEP2 Collaboration)

Natural de Portugal e PhD na Teoria das Cordas, Bento explica que "na formulação e dinâmica original do Conjunto Causal, 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, então sempre há algo antes". Isso não significa que o Big Bang não existiu — até porque há evidências convincentes deste evento —, mas sim que ele foi um momento na evolução desse conjunto causal.

Resumindo a ópera, o universo já existia antes do Big Bang, só não sabemos nada sobre como ele poderia ter sido. Essa também é uma afirmação válida. Hoje, muitos cientistas aceitam algumas hipóteses sobre eventos que ocorreram antes do próprio Big Bang. Um dos grandes nomes que lidam com essa ideia é Roger Penrose, vencedor de um Prêmio Nobel por demonstrar, ao lado de Stephen Hawking, propriedades dos buracos negros.

Penrose e Hawking já defenderam calorosamente a ideia de que houve um outro universo antes do nosso, mais especificamente outro cosmos que expandiu e depois retraiu, até voltar à singularidade. A diferença entre essa hipótese e a Teoria dos Conjuntos Causais é que, neste último, não há uma singularidade. O trabalho de Bento e Zalel está em pré-impressão no arXiv e aguarda revisão de pares.

Fonte: Canaltech

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