Janna Levin: O som que o universo produz

Pensamos no espaço como um local silencioso. Mas a física Janna Levin diz que o universo tem uma banda sonora -- uma composição sónica que grava alguns dos mais dramáticos eventos do espaço sideral. (Buracos negros, por exemplo, criam um estrondo no espaço-tempo como um tambor.) Um passeio sonoro acessível e que alargará os horizontes mentais pelo universo.

Quero pedir-vos que considerem por uns segundos

o facto muito simples

de que, de longe,

muito do que sabemos sobre o universo

vem até nós pela luz.

Podemos estar na Terra e olhar para cima para o céu nocturno

e ver as estrelas com os nossos próprios olhos.

O Sol queima a nossa visão periférica,

vemos a luz refletida pela Lua,

e desde que Galileu apontou aquele telescópio rudimentar

aos corpos celestes,

o universo conhecido vem até nós através da luz,

ao longo de vastas eras da história cósmica.

E com todos os nossos telescópios modernos,

temos conseguido recolher

este deslumbrante filme mudo do universo --

esta série de momentos instantâneos

que vão até ao Big Bang.

E contudo, o universo não é um filme mudo,

porque o universo não é mudo.

Eu gostaria de vos convencer

que o universo tem uma banda sonora,

e que essa banda sonora é tocada no próprio espaço.

Porque o espaço pode oscilar como um tambor.

Pode tocar uma espécie de registo

através do universo

de alguns dos eventos mais dramáticos à medida que eles acontecem.

Gostaríamos de ser capazes de adicionar,

a uma espécie de composição visual gloriosa

que temos do universo,

uma composição sónica.

E como nunca ouvimos os sons do espaço,

deveríamos realmente, nos próximos anos,

começar a aumentar o volume do que se passa lá fora.

Portanto nesta ambição

de capturar as músicas do universo,

colocamos a nossa atenção

nos buracos negros e na promessa que eles têm,

porque os buracos negros podem tocar no espaço-tempo

como marretas num tambor

e têm uma música muito característica,

e gostaria de tocar para vós algumas das nossas previsões

de como essa música será.

Agora, buracos negros são escuros num céu escuro.

Não os podemos ver diretamente.

Eles não são trazidos até nós com luz, pelo menos diretamente.

Podemos vê-los indiretamente,

porque os buracos negros provocam estragos no seu ambiente.

Eles destroem as estrelas ao seu redor.

Eles agitam os detritos nas suas redondezas.

Mas eles não virão até nós diretamente pela luz.

Poderemos um dia ver uma sombra

que um buraco negro pode emitir num fundo muito brilhante,

mas ainda não vimos.

Contundo, os buracos negros podem ser ouvidos

mesmo que não sejam vistos,

e isso é porque eles tocam no espaço-tempo como um tambor.

Devemos a ideia de que o espaço pode soar como um tambor

a Albert Einstein, a quem devemos muito.

Einstein tomou consciência de que se o espaço estivesse vazio,

se o universo estivesse vazio,

seria como esta fotografia,

exceto talvez sem a útil rede desenhada nela.

Mas se estivéssemos a cair livremente pelo espaço,

mesmo sem esta útil rede,

poderíamos ser capazes de a pintar nós próprios,

porque repararíamos que viajávamos ao longo de linha retas,

caminhos retos não deflectidos

através do universo.

Einstein também se apercebeu

e isto é o verdadeiro cerne do assunto --

que se se puséssemos energia ou massa no universo,

ela curvaria o espaço.

E um objeto a cair livremente

passaria, por exemplo, pelo sol

e seria deflectido

ao longo das curvas naturais no espaço.

Foi a fantástica teoria da relatividade geral de Einstein.

Agora até a luz será curvada por esses caminhos.

E pode curvar tanto

que somos capturados em órbita em volta do Sol,

tal como a Terra, ou a Lua em torno da Terra.

Estas são as curvas naturais no espaço.

Do que Einstein não se apercebeu

foi que, se tomarmos o nosso Sol

e o esmagarmos até seis quilómetros --

portanto tomámos uma massa um milhão de vezes a da Terra

e esmagámo-la até um diâmetro de seis quilómetros,

faríamos um buraco negro,

um objeto tão denso

que se a luz passar demasiado próximo, não escapará --

uma sombra escura contra o universo.

Não foi Einstein a aperceber-se disto.

foi Karl Schwarzchild

que foi um Judeu Alemão na 1.ª Guerra Mundial --

alistou-se no exercito Alemão já como um cientista realizado,

a trabalhar na frente Russa.

Eu gosto de imaginar o Schwarzchild na guerra nas trincheiras

a calcular as trajetórias balísticas dos tiros de canhão.

e então, no entretanto,

calculando as equações de Einstein --

como se faz normalmente nas trincheiras.

E ele estava a ler a recém publicada por Einstein

teoria da relatividade geral,

e estava entusiasmado por esta teoria.

E ele rapidamente conjeturou

uma solução matemática exata

que descreveu algo de muito extraordinário:

curvas tão fortes

que o espaço mergulharia para o seu interior,

o próprio espaço curvaria como uma cascata

caindo pela garganta do buraco.

E mesmo a luz não conseguiria escapar desta corrente.

A luz seria arrastada para o buraco

tal como tudo o resto seria,

e tudo o que restaria seria uma sombra.

Então ele escreveu a Einstein,

e disse, "Como poderá ver,

a guerra tem sido suficientemente generosa para comigo,

apesar dos fortes tiroteios.

Eu tenho conseguido escapar de tudo isso

e caminhado pela terra das suas ideias."

E Einstein ficou muito impressionado com as suas soluções exatas.

e espero que também com a dedicação do cientista.

Este é um cientista trabalhador sob condições perigosas.

E ele levou as ideias de Schwarzchild

para a Academia de Ciências Prussiana na semana seguinte.

Mas Einstein sempre pensou que os buracos negros eram umas excentricidades matemáticas.

Ele não acreditava que eles existissem na natureza.

Ele pensou que a natureza nos protegeria da sua formação.

Foram necessárias décadas

antes que o termo buraco negro fosse cunhado

e as pessoas se apercebessem

que os buracos negros são objetos astrofísicos reais --

de facto são o estado de morte

de estrelas muito massivas

que colapsam catastroficamente

no final das suas vidas.

Agora, o nosso Sol não colapsará para um buraco negro.

Não é na verdade massivo o suficiente.

Mas se fizermos uma pequena experiência de pensamento --

como Einstein gostava muito de fazer --

podemos imaginar

esmagar o Sol até seis quilómetros,

e colocar uma minúscula Terra à sua volta, a orbitar,

talvez 30 km

ao largo do buraco negro sol.

E ele seria auto-iluminado,

porque agora com o Sol desaparecido, não teríamos outra fonte de luz --

portanto vamos fazer a nossa pequena Terra auto-iluminada,

E aperceber-nos-íamos que poderíamos colocar a Terra uma órbita feliz

mesmo 30 km

ao largo deste buraco negro esmagado.

Este buraco negro esmagado

caberia dentro de Manhattan, mais ou menos.

Poderia transbordar um pouco para o Hudson

antes de destruir a Terra.

Mas basicamente é disso que estamos a falar.

Estamos a falar de um objecto que poderíamos esmagar

até metade da área de Manhattan.

Então movemos esta Terra para muito próximo --

30 km ao largo --

e apercebemos-nos de que ela orbita perfeitamente em torno do buraco negro.

Há uma espécie de mito

de que os buracos negros devoram tudo no universo,

mas na verdade tem de se chegar muito perto para cair nele.

Mas o que é muito impressionante é que, do nosso ponto de vista,

podemos ver sempre a Terra.

Ela não se pode esconder atrás do buraco negro.

A luz da Terra, alguma cai dentro do buraco negro,

mas alguma da luz sobre um efeito de lente e é trazida de volta até nós.

Logo não é possível esconder nada atrás de um buraco negro.

Se isto fosse Battlestar Galactica

e estiverem a lutar contra os Cylons,

não se escondam atrás do buraco negro.

Eles poderão vê-lo.

Agora, o nosso Sol não colapsará num buraco negro;

não tem massa suficiente,

mas existem dezenas de milhares de buracos negros na nossa galáxia.

E se um deles alguma vez eclipsar a Via Láctea,

seria este o aspecto.

Veríamos uma sombra daquele buraco negro

contra as centenas de biliões de estrelas

na Via Láctea e nas suas faixas de poeira luminosa.

E se caíssemos para este buraco negro,

veríamos toda essa luz a girar em torno dele,

e poderíamos até mesmo começar a atravessar essa sombra

e realmente nem perceber que algo dramático estava a acontecer.

Seria mau se tentássemos ligar os nossos foguetões e sair de lá

porque não conseguiríamos,

tal como a luz não consegue escapar.

Mas, apesar do buraco negro ser escuro visto de fora,

não é escuro por dentro,

porque toda a luz da galáxia pode cair atrás de nós.

E mesmo que, devido a um efeito relativístico conhecido como dilatação do tempo,

os nossos relógios parecessem abrandar

em relação ao tempo galáctico,

pareceria como se a evolução da galáxia

tivesse sido acelerada e atirada contra nós,

mesmo antes de sermos esmagados até à morte pelo buraco negro.

Seria como uma experiência de quase-morte

onde veríamos a luz ao fundo do túnel,

mas é uma experiência de morte total.

(Risos)

E não há forma de contar a ninguém

acerca da luz ao final do túnel.

Nós nunca vimos uma sombra como esta de um buraco negro,

mas os buracos negros podem ser ouvidos,

mesmo que não sejam vistos.

Imaginem agora tomando uma situação astrofísica realista --

imaginem dois buracos negros que viveram uma vida longa juntos.

Talvez tenham começado como estrelas

e colapsado em dois buracos negros --

cada um com 10 vezes a massa do sol.

Então agora vamos esmagá-los até 60 km de diâmetro.

Eles podem estar a girar

centenas de vezes por segundo.

No final das suas vidas,

eles estão a rodar em torno um do outro muito perto da velocidade da luz.

Então, eles estão a atravessar milhares de quilómetros

numa fração de segundo.

E ao fazê-lo, eles não só curvam o espaço,

mas deixam para trás em seu rasto

um som do espaço,

uma onda real no espaço-tempo.

O espaço comprime-se e alonga-se

à medida que emana destes buracos negros

batendo sobre o universo.

E eles viajam para o cosmos

à velocidade da luz.

Esta simulação de computador

foi feita por um grupo de relatividade da NASA Goddard.

Demorou quase 30 anos para que alguém no mundo resolvesse este problema.

Este foi um dos grupos.

Mostra dois buracos negros em órbita um em torno do outro,

novamente, com a ajuda destas curvas pintadas.

E se virem -- é um pouco desmaiado --

mas se virem as ondas vermelhas emanando para fora,

essas são as ondas gravitacionais.

Elas são, literalmente, os sons do espaço,

e viajam para fora desses buracos negros à velocidade da luz

à medida que soam e coalescem

para um buraco negro giratório e calmo

ao final do dia.

Se estivermos perto o suficiente,

o nosso ouvido ressoaria

com a compressão e o alongamento do espaço.

Poderiamos literalmente ouvir o som.

Agora, é claro, a nossa cabeça seria espremida e esticada inutilmente,

por isso poderiamos ter problemas para perceber o que estava a acontecer.

Mas gostaria de tocar para vós

o som que prevemos.

Isto é do meu grupo --

um modelo de computador ligeiramente menos glamoroso.

Imaginem um buraco negro mais leve

a cair para um buraco negro muito pesado.

O som que estão a ouvir

é a luz do buraco negro batendo sobre o espaço

cada vez que se aproxima.

Se ficar mais longe, será um pouco mais quieto.

Mas aproxima-se como um malho,

e, literalmente, fissura o espaço,

balançando como um tambor.

E podemos prever como o som será.

Sabemos que, enquanto ele cai,

fica mais rápido e soa mais alto.

E, a dada altura,

vamos ouvir o mais pequeno a cair para dentro do maior.

(Bater)

Depois desaparece.

Agora, nunca o ouvi tão alto -- na verdade é mais dramático.

Em casa soa mais como um anticlímax.

É uma espécie de ding, ding, ding.

Este é outro som do meu grupo.

Não, não estou a mostrar nenhumas imagens,

porque os buracos negros não deixam para trás

trilhos úteis de tinta,

e o espaço não é pintado,

mostrando-vos as curvas.

Mas se estiverem a flutuar pelo espaço num feriado espacial

e ouvirem isto,

é melhor porem-se a mexer.

(Risos)

É melhor afastarem-se do som.

Ambos os buracos negros se estão a mover.

Ambos os buracos negros se estão a aproximar.

Neste caso, ambos estão a oscilar bastante.

E então eles vão fundir-se.

(Bater)

Agora desapareceram.

Aquele chilro é muito característico dos buracos negros que se fundem --

chilra no final.

Agora, esta é a nossa previsão

para o que veremos.

Felizmente estamos a esta distância segura em Long Beach, Califórnia.

E seguramente, algures no universo

dois buracos negros fundiram-se.

E certamente, o espaço ao nosso redor

está a soar

depois de viajar talvez um milhão de anos luz, ou um milhão de anos,

à velocidade da luz para chegar até nós.

Mas o som é demasiado silencioso para qualquer um de nós o ouvir.

Há muitas experiências industriosas a serem construídas na Terra --

uma chamada LIGO --

que detetará desvios

na compressão e no alongamento do espaço

a menos do que a fração de um núcleo de um átomo

ao longo de quatro quilómetros.

É uma experiência extraordinariamente ambiciosa,

e estará numa sensibilidade avançada

nos próximos anos - para capturar isto.

Há também uma missão proposta para o espaço,

que será lançada, esperamos, nos próximos dez anos,

chamada LISA.

E a LISA será capaz de ver buracos negros super-massivos --

buracos negros de milhões ou biliões de vezes

a massa do Sol.

Nesta imagem do Hubble, vemos duas galáxias.

Elas parecem que estão congeladas num abraço.

E cada uma provavelmente aloja

um buraco negro massivo no seu centro.

Mas não estão congeladas,

estão de facto a fundir-se.

Estes dois buracos negros estão a colidir,

e vão fundir-se numa escala de tempo de biliões de anos.

Está para além da nossa perceção humana

captar uma canção com essa duração.

Mas a LISA poderá ver as fases finais

de dois buracos negros super-massivos

mais cedo na história do universo,

os últimos 15 minutos antes de caírem juntos.

E não é somente os buracos negros,

mas também qualquer grande perturbação no universo --

e o maior de todos eles é o Big Bang.

Quando essa expressão foi cunhada, era pejorativa --

tipo, "Oh, quem acreditaria num Big Bang?"

Mas agora realmente pode ser tecnicamente mais precisa,

porque talvez bata;

talvez faça um som.

Esta animação dos meus amigos da Proton Studios

mostra o que é ver o Big Bang de fora.

Não queremos nunca fazer tal coisa, queremos estar dentro do universo,

porque não existe tal coisa como estar fora do universo.

Portanto imaginem que estão dentro do Big Bang.

Está em todo o lado, está ao seu redor,

e o espaço está a balançar caoticamente.

14 mil milhões de anos passam

e esta canção está ainda a tocar ao nosso redor.

As galáxias formam-se,

e gerações de estrelas formam-se nessas galáxias.

E em volta de uma estrela,

pelo menos de uma estrela,

está um planeta habitável.

E cá estamos nós a construir freneticamente estas experiências,

fazendo estes cálculos, escrevendo este códigos de computador.

Imaginem mil milhões de anos atrás,

dois buracos negros a colidirem.

Essa canção tem estado a tocar através do espaço

durante esse tempo todo.

Nós nem sequer cá estávamos.

Aproxima-se mais e mais --

40,000 anos atrás, ainda estávamos a fazer pinturas nas cavernas.

é tipo despacha-te, constrói os teus instrumentos.

Está a aproximar-se mais e mais, e em 20 ..

qualquer que seja o ano

quando os nosso detectores estiverem finalmente com uma sensibilidade avançada --

iremos construí-los, ligaremos as máquinas

e, bang, vamos apanhá-la -- a primeira canção do espaço.

se fosse o Big Bang que captássemos,

soaria a isto.

(Estática) É um som terrível.

é literalmente a definição de barulho.

É ruído branco, é mesmo um som caótico.

Mas está ao nosso redor por todo o lado, presumivelmente,

se não foi varrido

por outro processo qualquer no universo.

E se o apanharmos, será musica para os nossos ouvidos,

porque será o eco silencioso

daquele momento da nossa criação,

do nosso universo observável.

Portanto nos próximos anos,

seremos capazes de aumentar um pouco o som da banda sonora,

traduzir o universo em áudio.

Mas se detetarmos esses momentos iniciais,

ficaremos muito mais próximos

de uma compreensão do big bang,

e, com isso, muito mais próximos

de perguntar algumas das questão mais duras, mais esquivas.

Se corrermos um filme do nosso universo para trás,

sabemos que existiu um Big Bang no nosso passado,

e podemos até ouvir o seu som cacofónico,

mas foi o nosso Big Bang o único Big Bang?

Quer dizer, temos de perguntar, terá acontecido antes?

Voltará a acontecer novamente?

Quer dizer, no espírito de estar à altura do desafio da TED,

para reacender o assombro,

podemos fazer questões, pelo menos durante este último minuto,

que honestamente poderão fugir-nos para sempre.

Mas temos de perguntar:

Será possível que o nosso universo

seja apenas uma pluma de alguma história maior?

Ou, será possível que sejamos apenas um ramo de um multiverso --

cada ramo com o seu próprio Big Bang no seu passado --

talvez alguns com buracos negros a tocar tambores,

talvez alguns sem --

talvez alguns com vida consciente, e talvez alguns sem --

não no nosso passado, não no nosso futuro,

mas de alguma forma fundamentalmente ligada a nós?

Portanto temos de nos perguntar, se existe um multiverso,

em qualquer outro ramo desse multiverso,

haverá criaturas?

Aqui estão as minhas criaturas do multiverso.

Haverá outras criaturas no multiverso,

questionando-se acerca de nós

e acerca das suas próprias origens?

E se existirem,

Consigo imaginá-los como nós,

calculando, escrevendo código de computador,

construindo instrumentos,

tentado detetar aquele som mais ténue

das suas origens

e perguntando-se quem mais está lá fora.

Obrigada. Obrigada.

(Aplausos)