Brian Greene: Será o nosso universo o único universo?

No coração da cosmologia moderna existe um mistério: porque é que o nosso universo parece tão perfeitamente ajustado para criar as condições necessárias à vida? Nesta viagem guiada, passando por algumas das maiores descobertas da ciência, Brian Greene mostra como a surpreendente ideia de um multiverso pode conter a resposta para um enigma.

Há alguns meses atrás

o prémio Nobel da Física

foi dado a duas equipas de astrónomos

por uma descoberta que tem sido aclamada

como uma das mais importantes

observações astronómicas de todos os tempos.

E hoje, após descrever brevemente o que eles encontraram,

vou-vos falar sobre situação polémica gerada

para explicar as suas descobertas:

nomeadamente a possibilidade

de que muito para além da Terra,

da Via Láctea e de outras galáxias distantes,

nós possamos achar que o nosso universo

não é o único universo,

mas ao contrário disso,

parte de um vasto complexo de universos

que nós chamamos multiverso.

Agora, a ideia de um multiverso é estranha.

Ou seja, a maioria de nós foi educada para acreditar

que a palavra "universo" significa tudo.

E eu digo a maioria de nós, com prudência,

já que a minha filha de quatro anos tem-me ouvido falar sobre estas ideias desde que nasceu.

E no ano passado eu a estava a abraçá-la

e disse: "Sophia,

eu amo-te mais do que tudo no universo".

E ela virou-se para mim e disse: "Pai,

universo ou multiverso?"

(Risos)

Mas excepto por uma educação anormal

é estranho imaginar

outros domínios separados dos nossos,

a maioria com características fundamentalmente diferentes,

que poderiam certamente ser chamadas de universos de si mesmos.

E ainda,

apesar do quão especulativa é a ideia,

eu pretendo convencer-vos

que há uma razão para levar isto a sério,

porque a ideia pode estar certa.

Eu vou contar a história do multiverso em três partes.

Na primeira parte,

eu vou descrever os resultados dos ganhadores do Prémio Nobel

e destacar um profundo mistério

que esses resultados revelaram.

Na segunda parte,

Eu vou oferecer uma solução para esse mistério.

Com base numa abordagem chamada teoria das cordas,

e é onde a ideia de multiverso

entrará na história.

Finalmente, na terceira parte,

Eu vou descrever uma teoria cosmológica

chamada Inflação,

que irá juntar todas as peças da história.

Ok, a primeira parte começa em 1929

quando o grande astrónomo Edwin Hubble

percebeu que as galáxias distantes

estavam todas a se afastar de nós

estabelecendo que o espaço está-se a alongar,

está-se a expandir.

Agora, isso foi revolucionário.

A sabedoria que prevalecia era que na maior das escalas

o universo era estático.

Mas ainda mais,

havia uma coisa sobre a qual todo mundo tinha certeza:

a expansão devia de estar a reduzir de velocidade.

Isso, tanto quanto a força gravitacional daTerra

que retarda a subida de uma maçã jogada para o alto,

a força gravitacional

de cada galáxia sobre todos as outras

deve estar a reduzir

a expansão do espaço.

Agora vamos avançar rapidamente para os anos 90

quando duas equipas de astrónomos

que mencionei no início

estavam inspirados por esse raciocínio

para medir a taxa

na qual a expansão estava a diminuir.

E eles fizeram isso

através de meticulosas observações

de numerosas galáxias longínquas

permitindo-lhes traçar

como a taxa de expansão tem mudado ao longo do tempo.

Aqui está a surpresa:

eles descobriram que a expansão não está a reduzir de velocidade.

muito pelo contrário, eles descobriram que está a acelerar,

expandindo-se com cada vez maior rapidez.

É como jogar uma maçã para cima

e ela subir cada vez mais rapidamente.

Agora, se vissem uma maçã a fazer isso,

iriam querer saber porquê.

O que a está forçando a isso?

Da mesma forma, os resultados dos astrónomos

estavam certamente a merecer o Prémio Nobel,

mas eles levantaram uma questão semelhante a esta:

que força está conduzindo todas as galáxias

a se afastarem tão rapidamente umas das outras

numa velocidade cada vez mais acelerada?

Bem, a resposta mais promissora

vem de uma antiga ideia de Einstein.

Vejam vocês, todos nós estamos acostumados com a gravidade

sendo a força que faz uma coisa,

mantém os objectos juntos.

Mas na teoria da gravidade de Einstein,

a sua teoria geral da relatividade,

a gravidade pode também manter as coisas separadas.

Como? Bem, de acordo com a matemática de Einstein,

se o espaço é uniformemente preenchido

com uma energia invisível,

um tipo de vapor uniforme e invisível,

então a gravidade gerada por esse vapor

seria repulsiva,

gravidade repulsiva,

o que é só o que precisamos para explicar as observações.

Devido à gravidade repulsiva

de uma energia invisível no espaço -

que nós agora podemos chamar de energia negra,

mas aqui fiz com fumo branco para que possam vê-la -

a sua gravidade repulsiva

faria cada galáxia impulsionar-se contra as outras

levando a expansão a acelerar,

não reduzir.

E essa explicação

representa um grande progresso.

Mas prometi-vos um mistério

aqui na primeira parte.

Aqui está.

Quando os astrónomos resolviam

quanto da energia negra

precisa ser infundida no espaço

para a explicação da aceleração cósmica,

olhem o que eles descobriram.

Esse número é pequeno.

Colocado na unidade aproprida,

é espectacularmente pequeno.

E o mistério é explicar esse número singular.

Nós queremos que esse número

surja das leis da física,

mas até agora ninguém encontrou uma maneira para fazer isso.

Agora devem estar a pensar,

isso é importante para si?

Talvez explicar esse número

é apenas uma questão técnica,

um detalhe técnico de interesse dos especialistas,

mas sem nenhuma relevância para mais ninguém.

Bem, isso certamente é um detalhe técnico,

mas alguns detalhes realmente importam.

Alguns detalhes fornecem

janelas para dentro de regiões desconhecidas de realidade

e esse número singular pode estar a fazer exactamente isso,

já que a única abordagem que até agora fez progresso para explicá-lo

invoca a possibilidade de outros universos -

uma ideia que naturalmente surge da teoria das cordas,

a qual me leva para a segunda parte: a Teoria das Cordas.

Portanto, mantenham o mistério da energia negra

em mente

porque eu agora vou-vos contar

três pontos-chave sobre a teoria das cordas.

Primeiro, o que é isso?

Bem, é uma abordagem para entender o sonho de Einstein

de uma teoria de física unificada,

um único quadro geral

que seria capaz de descrever

todas as forças em acção no universo.

E a ideia central da teoria das cordas

é bem simples de entender.

Ela diz que se você examinar

qualquer peça de matéria cada vez mais detalhadamente,

primeiro você irá encontrar moléculas

e então você irá encontrar átomos e partículas subatómicas.

Mas a teoria diz que se você puder investigar coisas menores,

muito menores do que nós podemos com a tecnologia existente,

será possível descobrir algo mais dentro destas partículas -

um filamento minúsculo de vibração de energia,

uma leve vibração de cordas.

E exactamente como as cordas de um violino,

elas podem vibrar em diferentes padrões

produzindo diferentes notas musicais.

Essas pequenas cordas fundamentais

quando vibram em diferentes padrões,

produzem diferentes tipos de partículas -

então electrões, quarks, neutrões, fotões,

todas as outras partículas

estariam unidas dentro de um único quadro,

como se todas elas surgissem da vibração das cordas

É um quadro atraente,

um tipo de sinfonia cósmica

onde toda a riqueza

que vemos no mundo ao nosso redor

emerge da música

que essas pequenas, minúsculas cordas podem tocar.

Mas há um preço

para esta elegante unificação,

porque anos de pesquisa

têm demonstrado que a matemática da teoria das cordas não funciona muito bem.

Ela tem inconsistências internas,

a não ser que concordemos que é

por algo totalmente estranho -

dimensões extras do espaço.

Isto é, todos nós sabemos sobre as três dimensões do espaço.

E vocês podem pensar neles

como altura, largura e profundidade,

mas a teoria das cordas diz que, em escalas fantasticamente pequenas,

há dimensões adicionais

reunidas num tamanho tão minúsculo

que nós não as detectámos.

Mas mesmo que as dimensões esteja escondidas,

elas teriam um impacto nas coisas que nós podemos observar

porque o formato das dimensões extras

delimitam o como as cordas podem vibrar.

E na teoria das cordas,

a vibração determina tudo.

Portanto a massa das partículas, o poder das forças,

e mais importante, a quantidade de energia negra

seria determinado

pela forma das dimensões extras.

Então se nós soubéssemos a forma das dimensões extras,

nós deveríamos ser hábeis para calcular esses elementos,

calcular a quantidade de energia negra.

O desafio

é que nós não sabemos

a forma destas dimensões extras.

Tudo o que nós temos

é uma lista de possíveis formas

disponíveis graças à matemática.

Agora, quando essas ideias foram desenvolvidas pela primeira vez,

havia apenas cerca de cinco formatos possíveis,

então vocês podem imaginar

analizando-as uma por uma

para determinar alguma relação com

os elementos físicos que nós observamos.

Mas com o tempo a lista cresceu

assim como os pesquisadores encontram outras formas possiveis.

De cinco, o número cresceu para centenas e então milhares -

Uma enorme, mas ainda assim administrável, colecção para analisar,

já que, afinal,

pós-graduandos precisam ter alguma coisa pra fazer.

Mas então a lista continuou a crescer

chegando a milhões e bilhões, até hoje.

A lista de possíveis formas

disparou de aproximadamente 10 para 500.

Então, o que fazer?

Bem, alguns pesquisadores desanimaram

concluindo que eram tantas as formas possíveis para a dimensão extra,

cada uma dando origem a diferentes características físicas,

que a teoria das cordas nunca faria

predições testáveis, definitivas.

Mas outros puseram essa questão nos seus pensamentos,

levando-nos à possibilidade do multiverso.

Aqui está a ideia:

talvez cada uma dessas formas esteja na mesma situação que as outras.

Cada uma é tão real quanto as outras,

no sentido

de que existem muitos universos

cada um com uma forma diferente, para a dimensão extra.

E esta proposta radical

tem um profundo impacto no mistério:

a quantidade de energia negra revelada pelo resultado dos vencedores do Prémio Nobel.

Porque vejam,

se existem outros universos,

e se esses universos

tenham, cada um, digamos, um formato diferente para a dimensão extra,

então as características físicas de cada universo serão diferentes,

e em particular,

a quantidade de energia negra em cada universo

será diferente.

O que significa que o mistério

de explicar a quantidade de energia negra que nós agora medimos

adquiriria uma enorme quantidade de características diferentes.

Neste contexto,

as leis da física não podem explicar um número da energia negra

porque não há apenas um número,

há muitos números.

O que significa

que nós estivemos a colocar a questão errada.

A questão certa para a perguntar é,

porque é que nós humanos estamos num universo

com uma particular quantidade de energia negra que nós medimos

ao invés de qualquer outras possibilidades

que estão lá fora?

E essa é uma questão na qual nós podemos fazer progresso.

Porque estes universos

que têm muito mais energia negra do que o nosso,

sempre que a matéria tenta agrupar-se em galáxias,

a força repulsiva da energia negra é tão forte

que destrói os grupos

e as galáxias não são formadas.

E nesses universos com uma quantidade muito menor de energia negra,

bem, colidem entre si tão rapidamente

que, novamente, as galáxias não se formam.

E sem galáxias, não há estrelas, nem planetas

e nem hipóteses

para a nossa forma de vida

existir nesses outros universos.

Então nós encontramo-nos num universo

com uma quantidade particular de energia negra que medimos

simplesmente porque o nosso universo tem condições

habitáveis para a nossa forma de vida.

E tal seria isto.

Mistério resolvido,

multiverso descoberto.

Agora, alguns acharam a explicação insatisfatória.

Nós estávamos acostumados aos físicos

que nos davam explicações definitivas para os elementos que nós observamos.

Mas o ponto é,

se o elemento que você está a observar

pode e assume

uma imensa variedade de diferentes valores

através do vasto cenário da realidade,

então pensar numa explicação

para um valor particular

é simplesmente inadequado.

Um exemplo recente,

vem do grande astrónomo Johannes Kepler

que estava obcecado em entender

um número diferente -

o porquê do o Sol estar a 93 milhões de milhas distante da Terra.

E ele trabalhou por décadas a tentar explicar esse número,

mas ele nunca teve sucesso, e nós sabemos porquê.

Kepler estava a colocar

a questão errada.

Agora nós sabemos que existem muitos planetas

numa grande variedade de diferentes distâncias das suas estrelas hospedeiras.

Então ficar à espera que as leis da física

expliquem um número em particular, 93 milões de milhas,

bem, é simplesmente um erro.

Ao invés disso, a pergunta certa para se perguntar é,

porque nós humanos estamos em um planeta

a esta distância particular,

ao contrário de qualquer outra possibilidade?

E novamente, essa é uma questão que nós podemos responder.

Estes planetas que estão muito próximos a uma estrela como o Sol

seriam tão quentes

que a nossa forma de vida não existiria.

E esses planetas que estão muito distantes da estrela,

bem, eles são tão frios

que, de novo, a nossa forma de vida não teria acontecido.

Então, nós percebemos que estamos

num planeta a uma distância particular

simplesmente porque ela produz condições

vitais para nossa forma de vida.

E quando se trata de planetas e respectivas distâncias,

este, claramente, é o tipo certo de raciocínio.

O ponto é,

quando se trata de universos e a energia negra que eles contém,

pode ser também o tipo certo de raciocínio.

Com uma peça diferente, é claro,

é que nós sabemos que há outros planetas lá fora,

mas até agora eu apenas especulei sobre a possibilidade

de que devem haver outros universos.

Então, para colocar tudo isso junto,

nós precisamos de um mecanismo

que possa realmente gerar outros universos.

E isso me leva a minha parte final, a parte três.

Porque tal mecanismo foi descoberto

por cosmologistas tentando entender o Big Bang.

Reparem, quando nós falamos do Big Bang,

nós geralmente temos uma imagem

de um tipo de explosão cósmica

que criou o universo

e estabeleceu o espaço empurrando-o para fora.

Mas há um pequeno segredo.

O Big Bang deixa de fora algo muito importante,

o Bang.

Ele diz-nos como o universo progrediu após o Bang,

mas não nos dá esclarecimentos

sobre o que teria forçado o Bang.

E essa lacuna foi finalmente preenchida

por uma versão actualizada da teoria do Big Bang.

Chama-se cosmologia inflacionária,

que identificou um tipo particular de combustível

que naturalmente geraria

uma corrida para fora do espaço.

O combustível tem como base algo chamado quântica de campo,

mas o único detalhe que importa para nós

é que esse combustível prova ser tão eficiente

que é virtualmente impossível

usá-lo todo,

o que significa na teoria inflacionária,

que o Big Bang originando nosso universo

não é como um evento de um único momento.

Ao contrário, o combústivel não gerou apenas o nosso Big Bang,

mas como também poderia gerar incontáveis Big Bangs,

cada um dando início a seu próprio universo separado,

com o nosso universo a se tornar nada menos que uma bolha

num grandioso banho de bolhas cósmicas de universos.

E agora, quando nós fundimos isso com a teoria das cordas,

aqui está o quadro a que somos levados.

Cada um destes universos têm dimensões extras.

As dimensões extras assumem uma larga variedade de diferentes formatos.

Os diferentes formatos produzem diferentes aspectos físicos.

E nós encontramo-nos num universo em vez de outro

simplesmente porque é apenas no nosso universo

que os aspectos físicos, como a quantidade de energia negra,

são os certos para que a nossa forma de vida se desenvolva.

E esta é a imagem convincente, mas altamente polémica

do vasto cosmos

que a observação de ponta e a teoria

têm, agora, nos levado a considerar seriamente.

Uma grande questão que restou, é claro, é,

poderemos algum dia confirmar

a existência de outros universos?

Bem, deixe-me descrever

uma maneira para que algum dia isso aconteça.

A teoria da inflação

já possui um forte apoio observacional.

Porque a teoria prevê

que o Big Bang teria sido tão intenso

que o espaço rapidamente se expandiu,

minúsculas agitações quânticas vindas do micromundo

teriam sido esticadas para o macromundo,

produzindo uma marca digital específica,

um padrão de pontos ligeiramente mais quentes e pontos ligeiramente mais frios,

através do espaço,

cujos poderosos telescópios têm agora observado.

Indo mais além, se há outros universos,

a teoria prediz que em breve

esses universos podem colidir.

E se o nosso universo for atingido por outro,

essa colisão

poderá gerar um sutil padrão adicional

de variação de temperatura através do espaço

que nós poderemos um dia

estarmos aptos para detectar.

E essa imagem é tão exótica,

que poderá um dia ter fundamento

em observações

que estabelecem a existência de outros universos.

Eu irei concluir

com uma impressionante consequência

de todas essas ideias

para um futuro distante.

Vejam, nós aprendemos

que o nosso universo não é estático,

que o espaço está-se a expandir,

que essa expansão está a acelerar

e que podem haver outros universos

tudo feito por cuidadosas análises

de fracas indicações da luz das estrelas

chegando até nós de galáxias distantes.

Mas em razão da expansão estar acelerando,

em um futuro distante,

estas galáxias irão afastar-se para tão longe e tão rapidamente,

que nós não estaremos aptos para vê-las -

não por causa das limitações tecnológicas,

mas em função das leis da física.

A luz que essas galáxias emitem,

mesmo viajando nas mais alta velocidade, a velocidade da luz,

não será capaz de superar

o abismo cada vez maior entre nós.

Então astrónomos num futuro distante

olhando para a profundidade do espaço,

não verão nada, excepto uma extensão sem fim

de uma escuridão imóvel, tingida de negro.

E eles irão concluir

que o universo é estático e imutável

e povoado por um único oásis central de matéria

que eles habitam -

uma imagem do cosmos

que nós definitivamente sabemos estar errada.

Agora, talvez estes futuros astrónomos terão registos

deixados de uma época anterior

como a nossa,

afirmando um cosmos em expansão

cheio de galáxias.

Mas estes futuros astrónomos

iriam acreditar em tal conhecimento antigo?

Ou iriam eles acreditar

num universo negro, estático e vazio

que suas próprias observações de última geração revelam?

Eu suspeito da última.

O que significa que nós estamos a viver

numa época notavelmente privilegiada,

onde algumas profundas verdades sobre o cosmos

ainda estão ao alcance

do espírito humano de exploração.

Parece que nem sempre será assim.

Porque os astrónomos de hoje,

dirigindo os poderosos telescópios para o céu,

capturaram uma pequena porção de fotões fortemente informativos -

um tipo de telegrama cósmico

bilhões de anos em trânsito.

E a mensagem ecoando através de eras é clara.

Por vezes, a natureza mantém os seus segredos

bem guardados

das leis da física.

Por vezes, a verdadeira natureza da realidade acena

para além do horizonte.

Muito obrigado.

(Aplausos)

Chris Anderson: Brian, muito obrigado.

O alcance das ideias que você nos apresentou

são impressionantes, emocionantes, inacreditáveis.

O que acha

do lugar em que a cosmologia se encontra agora,

numa espécie de margem histórica?

Estamos no meio de alguma coisa historicamente incomum, na sua opinião?

BG: Bem, é díficil dizer.

Quando nós compreendemos que os astrónomos de um futuro distante

podem não ter informações suficientes para descobrir as coisas,

a questão natural é, talvez nós já nos encontramos nessa posição

e certamente importantes questões do universo

já escaparam de nossa habilidade de entendimento

devido à evolução da cosmologia.

Portanto, dessa perspectiva,

talvez nós iremos sempre colocar questões

e nunca seremos hábeis para respondê-las completamente.

Por outro lado, nós agora podemos entender

o quanto o universo é antigo.

Nós podemos entender

como compreender os dados da radiação de fundo

que foi estabelecida 13.72 bilhões de anos atrás

e ainda, nós actualmente podemos calcular de modo a prever como isso irá ficar

e com correspondências.

Deus do céu! Isso é incrível.

Portanto, por um lado, é simplesmente inacreditável onde nós chegámos,

mas quem sabe que tipo de impedimentos nós poderemos encontrar no futuro.

CA: Você estará por aqui nos próximos dias.

Talvez algumas dessas conversas possam continuar.

Obrigado. Obrigado, Brian. (BG: Foi um prazer.)

(Aplausos)