Linde x Hawking…a “Batalha Cósmica da Criação”!

“Uma Teoria de Tudo jamais se estabelecerá com sucesso … sem levar em conta a interação entre realidade e observador… incluindo aí, a presença    de uma consciência como fator de construção do universo”. (Andrei Linde)

tunelamentoA “batalha”, na verdade… se trata de uma discordância científica, entre o renomado professor de física da Stanford University Andrei Linde, e o emérito físico britânico Stephen Hawking…Cambridge. O motivo ou pretexto é uma nova teoria referente à origem do universo anunciada agora, por Hawking…e seu colega Neil Turok. Nessa nova teoria, eles propõem que o universo começou como um instantoncoquetel de espaço/tempo/matéria e energia – do tamanho de uma ervilha, que ao explodir  tornou-se infinito universo em expansão.  Já Linde é adepto de uma teoria de caos quântico…a qual se utiliza de efeitos de ‘tunelamento‘… — na possibilidade do universo gerar outros universos… – Essa discussão entre Tunelamento (Linde),    e ‘Confinamento‘ (Hawking/Turok), pode nos revelar a singularidade do ‘Big Bang‘.

Como tudo (aqui) começou

Em 14 de março, Turok escreveu no diário londrino “The Telegraph” a possibilidade sobre o que eles consideravam — “uma descoberta muito interessante a cerca do início do nosso universo… a qual nos levará para muito perto de uma teoria de tudo”… – Contudo…Linde não se convenceu. Ele achava que alguns dos cálculos matemáticos tinham sido aplicados de forma incorreta…e que o método empregado geraria, portanto…a criação de universos vazios – com tanta escassez de matéria e energia, que impossibilitaria a formação de vida.

Durante as semanas seguintes  —  através da Internet… a troca de críticas e contra-argumentos entre Linde, Hawking e Turok se intensificou, na forma de ensaios de artigos… – que aguardam publicação nos periódicos de física.

Cientistas frequentemente têm esse tipo de debate…quando da validade de novas teorias. É um de seus mecanismos favoritos para descobrir erros — e desenvolver explicações…as melhores possíveis, para uma grande variedade de fenômenos. Mas, 2 aspectos tornam o debate Linde X Hawking excepcional. Um deles é o assunto: nada menos que a origem e   o destino do universo. – O outro… não menos imponderável… – é a “cobertura da mídia”.

Impulsionado pelo status de celebridade de Hawking, o ‘London Telegraph’, a revista ‘Science’, e o ‘Manchester Guardian’ ofereceram a seus leitores um vislumbre dessa apaixonada disputa — que acabou chegando a Stanford…
 
HawkingA  convite de Linde… em uma palestra a 23 de abril…Hawking descreveu a sua…  (e de Turok) proposta. — Utilizando um  sintetizador de voz … ele assim resumiu suas ideias, num superlotado Auditório: 
 

“Nos últimos 40 anos, a maior parte dos cientistas passou a aceitar a ideia de que o universo iniciou suas atividades, a uns 14 bilhões de anos atrás… em uma ‘sopa primordial’ de energia, que de imediato, começou a se expandir… de acordo com    o modelo ‘Big Bang’…À medida que se espalhava…a sopa esfriava…permitindo que… da “energia” – surgisse “matéria”, se aglutinando … em estrelas e galáxias.
Esse argumento explica, satisfatoriamente, a atual evidência astronômica de expansão do universo, bem como a constatação observacional de que o céu está totalmente preenchido – com um brilho uniforme em microondas…o ruído fóssil deixado por um período inicial, quando o universo era muito mais quente…ou seja, a ‘radiação cósmica de fundo’…E, além disso, a teoria do big bang também é capaz de prever…com exatidão… a abundância relativa do hidrogênio, deutério, hélio e lítio … elementos estáveis mais leves na natureza. Muitos cientistas… simplesmente, assumiram que o universo contém… exatamente… – a quantidade certa de matéria – de maneira que… sua ‘atração gravitacional’ seja grande o suficiente para desacelerar… – e, eventualmente… interromper a expansão do Universo, resultando, assim…em um ‘universo plano‘. – Isso equilibra o universo, precisamente, entre 2 diferentes… ‘tipos de destino‘… – Um pouco mais de matéria… e o universo seria fechado (um objeto viajando em linha reta, por fim retornaria ao ponto de partida). Tal universo expande-se até um ponto, para então, invertendo o rumo começar a se contrair. Um pouco menos de matéria, por outro lado, e o universo é aberto… ou seja…ilimitado,    se expandindo para sempre. – Hoje, fortes evidências astronômicas sugerem o universo, com apenas aproximadamente 1/5 da quantidade de matéria necessária para neutralizar sua expansão… – E eu, que pensei por muitos anos… que, simplesmente, algo havia sido  ignorado, pois haveria matéria suficiente para estabilizar o universo” alfinetou Hawking.

Em 1983, Hawking colaborou com James Hartle (UCSB), articulando um método alternativo… à origem do universo, apelidado por eles de  ‘proposta sem fronteiras‘; por  retratar o cosmo como emergindo, a partir de um… “tamanho finito”, de um ‘espaço-tempo imaginário’.

Porém, essa forma de abordagem,  provavelmente por estar limitada  a universos fechados foi ignorada solenemente… Assim Hawking se interessou quando Turok sugeriu que havia uma maneira diferente de se abordar a sua proposta, que poderia produzir universos abertos, em vez de fechados. A chave para esta nova abordagem é uma outra ideia cosmológica… chamada “inflação.

bbangA “teoria inflacionária” de Alan Guth

Proposta simultaneamente em Moscou e EUA… – a teoria inflacionária postula que…na 1ª fração de segundo em sua existência o universo teria passado   por um período de fantástica expansão. Tal período teria surgido, devido a condições que propiciaram à força de gravidade agir de modo repulsivo, ao invés     de atrativo… – Tal reversão causaria uma expansão incrivelmente rápida — com absurdas quantidades    de matéria e energia… “instantaneamente” criadas.

A ‘teoria inflacionária‘ ajuda na explicação de algumas características importantes do universo atual… incluindo sua extrema uniformidade. Se você pegar um pedaço muito pequeno de um objeto – mesmo muito heterogêneo…e expandi-lo até que ele se torne muito grande, ele se tornará também muito homogêneoDo mesmo modo, também a uniformidade extrema da radiação de fundo observada, pode ser explicada se a priori,        o conjunto de todas as partes do universo visível estivessem perto o suficiente para se comunicarem entre si.

A inflação também pode dar conta das…”ondulações“…necessárias para explicar como a estrutura do universo atual poderia ter surgido, a partir de um concentrado perfeitamente uniforme de energia. Estas ondulações eram ‘flutuações quânticas’ microscópicas…que se expandiram até o tamanho de galáxias… – Inicialmente… a inflação foi relacionada a uma condição chamada ‘falso vácuo‘… – Esta é uma condição em que o espaço vazio adquire uma carga extra de energia… – Linde, no entanto, libertou o “modelo inflacionário” desta limitação – mostrando que a ‘inflação‘ pode ser produzida…apenas pela presença de um tipo especial de campo, denominado “campo escalar“, pelo qual os físicos de partículas têm explicado o surgimento da massa nas partículas. Hawking e Turok então, aplicaram uma destas técnicas em sua teoria…Isto permitiu-lhes usar o processo “instanton” para produzir um ‘mini-universo bolha’, que sob ação inflacionária se expandiria para sempre.

“Este é um desenvolvimento lógico da ideia de Andrei… Eu não sei             ainda se ele concorda… – mas suponho que sim”… disse Hawking. 

Andrei Linde's home page

[Andrei Linde’s home page]

Linde…por sua vez…numa palestra que proferiu a um grupo teórico da universidade de Stanford, na sexta-feira anterior, elogiou Hawking… mas, com ressalvas. Para ele, a abordagem Turok/Hawking tende a produzir universos… praticamente vazios  de matéria e energia. Para resolver este problema eles utilizam o “princípio antrópico”…levando em conta, apenas universos com possibilidade de abrigar vida – o que lhes permite então… ignorar os vazios … em função daqueles com matéria… E Linde ainda explica que “mesmo se utilizando do benefício do ‘princípio antrópico’… a teoria deles (Hawking e Turok) prevê para o Universo… uma densidade de ‘energia/matéria’ – pelo menos 20 vezes menor … do que as modernas observações astronômicas…hoje, são capazes de determinar”.

Hawking e Turok, por seu lado, afirmam que serão capazes de ajustar a sua abordagem para a produção de universos mais massivos… Entretanto, Linde também questionou a forma como foram utilizadas as equações Hartle-Hawking…a base da “proposta sem fronteiras”…Para ele: “Estas equações não representam a probabilidade do surgimento        de um determinado tipo de universo. – Em vez disso, descrevem a condição de “estado fundamental” do universo…a qual é como estivesse completamente vazio. Stephen tem muita confiança nessa abordagem matemática básica… – a qual tem utilizado … várias vezes com grande eficácia. – Mas, é preciso ter certeza de que a matemática está sendo aplicada corretamente… – e, neste caso… – minha ‘intuição’ diz que isso não foi feito.”

Linde defende… no caso da origem do universo … uma abordagem diferente, chamada…”hipótese de tunelamento. Apesar da semelhança com a teoria s/ fronteiras, ele usa outro método para calcular uma ‘probabilidade cósmica’.  Para Linde, seu método pode ser útil numa produção de muitos universos abertos inflacionários. E conclui que:  o método caótico…para a criação de um universo aberto, ainda é melhor.

Na opinião de Hawking…por outro lado…a “hipótese de tunelamento“…“ou não é bem definida, ou fornece respostas erradas – produzindo como consequência… ‘multiversos‘; onde pequenas ‘flutuações aleatórias’…levariam, inevitavelmente, a infinitos universos instáveis“. Essa disputa…na verdade, deve levar ainda um bom tempo para ser resolvida, mas o mecanismo de Turok/Hawking, prevê um padrão específico de flutuações no fundo cósmico de microondas, que através da Sonda WMAP da NASA, a ser lançada em 2000, e do telescópio em microondas Planck, da ESA (2006), poderá ser identificado brevemente.

“Considero Stephen meu amigo – e, espero que possamos continuar amigos depois que tudo isso acabar. Ele várias vezes chegou a conclusões surpreendentes que, a princípio, pareciam erradas, porém, em vários casos estavam certasSó temos que esperar para ver qual será o resultado dessa vez” … concluiu Linde. ## ‘texto base’ ## (29/04/1998)  **********************************************************************************

Nascimento e Mortede um “Universo Cosmológico”                                                    “O universo não pode ter existido para sempre. É preciso um                                          começo absoluto…num tempo finito no passado”. (P. Davies)

O estoque de energia disponível no universo é finito…e não pode durar pela eternidade… – Isso é devido à “2ª lei termodinâmica”, a qual, aplicada ao cosmos total, prediz que ele está travado num declive unidirecional caótico, em direção a um estado final de entropia máxima, ou desordem.  E, como esse estado final ainda não chegou, o tempo decorrido não pode ser avaliado ‘infinito’.

Mesmo que essa dificuldade fosse ‘ciclicamente’ evitada, um universo oscilando desde a eternidade passada exigiria um ajuste infinitamente preciso das condições iniciais, para conseguir persistir ao longo de um nº infinito de recuperações sucessivas. Um universo ricocheteando de uma contração única, e infinitamente longa… – se a entropia aumenta durante a fase de contração… é termodinamicamente insustentável, e incompatível com      a baixa entropia da condição inicial da nossa fase expansiva. – Postular a diminuição da entropia durante a fase de contração…apenas para escapar desse problema, exigiria que postulássemos condições de baixa entropia, inexplicáveis durante a fase de recuperação    de um universo infinitamente evolutivo. Em ambos os casos tal universo envolveria um ajuste fino radical…especialíssimo – onde as ‘condições iniciais‘ se estabelecem a priori.

Linde e a “Inflação Caótica”                                                                                          Modelos inflacionários tentam explicar a incrível homogeneidade e isotropia em larga escala do universo. Na maioria desses modelos, ao se extrapolar o retrocesso no tempo em direção ao passado, o universo continua a encolher, até uma singularidade inicial’.

inflacao-caotica

Inflação caótica. O universo mais amplo produz, via inflação, domínios separados que continuam a perder-se um do outro à medida que o universo mais amplo se expande.

A teoria inflacionária mesmo criticada por alguns como ‘metafísica’… é aceita de um modo geral – entre cosmólogos.  No Modelo “Inflacionário Caótico” de Linde, a inflação nunca termina…cada domínio inflacionado do universo…ao alcançar certo volume, dá origem…via inflação, a outro domínio, e assim por diante…ad infinitum. Seu modelo tem portanto, um futuro infinito…Todavia, Linde preocupa-se com a ‘expectativa‘ de um “começo absoluto” – e, explica:

“O aspecto mais complicado do problema não é a existência da singularidade em si … mas sim, a questão sobre… o que existia                      antes dela… Um problema que jaz na fronteira da metafísica.”

Por isso, ele propôs que a ‘inflação caótica‘…não somente não tem fim…como também não tem começo. – Cada domínio no universo é produto da inflação de outro domínio de modo que a singularidade é evitada, e com isso evita-se também a questão acerca do que veio antes (ou mais precisamente, do que a causou). Talvez fosse possível contornar esse aspecto singular do “universo observável”… – postulando-se uma “regressão infinita” de domínios inflacionários anteriores. Porém, em 1994, Arvind Borde e Alexander Vilenkin mostraram que um universo eternamente inflacionário, indo para o futuro, não pode ser geodesicamente completo no passado; o que faz uma singularidade inicial indispensável.

Eles argumentaram que – um modelo no qual a fase inflacionária não tem fim… leva naturalmente à pergunta – seria possível estender também esse modelo…ao passado infinito, evitando-se assim o problema da singularidade inicial?… – Isso, na verdade,     não é possível em espaços-tempos inflacionários de futuro eterno, uma vez que estes obedecem a algumas condições físicas razoáveis; tais modelos têm obrigatoriamente        de possuir singularidades iniciais. O fato dos espaços-tempos serem preteritamente incompletos força que se lide com a questão acerca do que (‘exatamente‘) veio antes.

Em 2001, Borde e Vilenkin, em cooperação com Alan Guth, conseguiram fortalecer esse teorema elaborando um novo, independente da hipótese ‘condição de energia fraca‘, que os partidários da ‘inflação eterna’ teriam negado, no esforço para salvar sua própria teoria. – O novo teorema, nas palavras de Vilenkin… “parece fechar totalmente a porta”.  Assim, espaços-tempos inflacionários com futuro eterno não podem ter passado eterno, tendo de envolver limites iniciais, e um começo absoluto…Como assim explica Vilenkin:

“Costuma-se dizer que ‘argumento’ é aquilo que convence homens racionais… e,              prova é o que consegue convencer até o homem irracional. Com a prova, agora  cosmólogos não podem mais se esconder atrás da possibilidade de um universo              com passado eterno…Não há como fugir do problema de uma origem cósmico”.

Viagens (imaginárias) para outros universos                                                                        Talvez seja possível imaginar nosso “universo observável” como um desses                  descendentes recém-nascidos, de um universo pré-existente na eternidade’.

Em busca de uma alternativa, alguns teóricos têm especulado que, no futuro o universo deverá passar por um tunelamento quântico que levará a um estado radicalmente novo. Por exemplo, se atualmente o universo estivesse em estado de ‘falso vácuo‘, sofreria no final um efeito de ‘tunelamento‘ para um “estado de vácuo”…com mais baixa energia.

fig4

Se for achado atualmente em estado de falso vácuo, o universo passará posteriormente por um efeito túnel que o levará a um estado de vácuo verdadeiro, o que resultará em metamorfose da natureza.

Na passagem por essa ‘fase de transição’, todas as constantes físicas mudariam de valor, e surgiria um universo totalmente novo. Talvez ainda fosse possível propor      assim a hipótese de que, a ocorrência de uma tal transição … em algum ponto do passado finito… após um tempo infinito, daria ao universo… – sua natureza atual. Mas, mesmo que ocorresse tal transição,    a probabilidade de suas constantes se reduzirem, todas…à opção inimaginável  acessível à existência da vida, na prática,    é quase nula (ajuste cósmico fino)…Por essa razão…é altamente improvável que essa configuração de ‘constantes físicas’, que permite a existência da vida…seja o resultado acidental, da transição de um estado de vácuo…há 14 bilhões de anos.

Ainda que existisse qualquer probabilidade real de um estado “metaestável”…tunelar    para um estado de vácuo… considerando-se o tempo passado infinito…isso já deveria      ter ocorrido num passado infinitamente distante…e, não apenas 13,8 bilhões de anos atrás; sendo assim é outra vez inexplicável por que o universo já não estivesse morto.

Especulações sobre as possibilidades de nosso universo gerar futuros ‘universos-filhos‘ também são levantadas nas discussões cosmológicas. Conjectura-se que talvez os buracos negros sejam portais de buracos de minhoca através dos quais bolhas de energia de vácuo desovem em tunelamento novos universos em expansão; rompendo a seguir seus cordões umbilicais… para deixar o ‘universo-filho’ existir… – dentro de seu próprio espaço-tempo.

universo-ilha

Um universo-filho desovado pelo seu universo-mãe torna-se depois um espaço-tempo desconectado e causalmente isolado.

A conjectura da possibilidade de nosso universo gerar filhos… por meio desse mecanismo foi o alvo de uma aposta, entre Hawking e John Preskill…em razão da qual, em 2004… Hawking finalmente, admitiu a derrota…A conjectura requer que a informação, retida no BN perca-se noutro universo.

Hawking acabou admitindo que, de fato, a “teoria quântica” exige que a                          informação seja preservada na formação e evaporação do buraco negro.                              E…sobre tais implicações advindas… – ele próprio…também comentou:

“Não há qualquer universo-filho se ramificando, como chegou                                                  a se pensar… A informação se mantém firmemente…em nosso                                            universo. Lamento desapontar os fãs de ficção científica…mas                                            sendo a informação preservada… não mais existe necessidade                                                de se usar ‘buracos negros’ em viagens para outros universos”.

dnacosmico“Hereditariedade Cósmica”

Mesmo que Hawking estivesse errado, sobre o tema, a pergunta persiste. — Seria possível extrapolar com sucesso tal cenário para o passado… — de modo que nosso universo tenha sido “desovado” pela matriz… ou…por uma série infinita de ancestrais?… – Parece que não…pois – mesmo que esses “universos-filhos” pareçam “buracos negros”, aos observadores dentro do “universo-mãe”…aqueles que estivessem ‘depois’ veriam o big bang como um buraco branco jorrando energia; o que está em gritante contraste com nossa observação de um evento de baixa entropia, numa estrutura geométrica altamente densa.

E, mais uma vez…não está claro o que salva a sequência infinita de descendentes cósmicos da consequência da 2ª lei da termodinâmica. Uma vez que essas conjecturas especulativas não conseguem esclarecer o problema — parece que somos deixados com a conclusão… de que o universo não é eterno…e que o ‘big bang‘ representa o começo absoluto do universo, como diz seu ‘modelo padrão’; e a “baixa entropia”…é apenas sua condição inicial…E, com efeito … a “termodinâmica” pode oferecer boas razões para ratificar a realidade de uma origem singular do espaçotempo postulada pelo modelo padrão; como diz Roger Penrose:

“Cheguei gradualmente à visão de que é realmente equivocado requerer que as                ‘singularidades’ do espaço-tempo da ‘relatividade clássica’ devam desaparecer,                ao serem aplicadas técnicas da ‘teoria quântica de campo’. – Pois…removida a singularidade inicial – perderíamos talvez… a melhor possibilidade que temos,                    para explicar… satisfatoriamente – o ‘mistério‘ da 2ª lei termodinâmica”.

O mistério termodinâmico da “baixa entropia”

O que Penrose tem em mente…é o fato notável que – à medida que se retrocede no tempo, a entropia do universo decresce invariavelmente…O quanto isso é incomum pode ser visto na fórmula “Bekenstein-Hawking”…para a entropia de um buraco negro estacionário. – A entropia total observada do universo é calculada em 10e88. Considerando-se que há cerca de 10e80 bárions no universo, a entropia observada por bárion tem de ser muito pequena.  Por contraste, em um universo em desintegração a entropia perto do final seria 10e123. A comparação desses 2 números revela quão absurdamente pequeno é 10e88 em relação ao que deveria ter sido inicialmente… – Nesse sentido…a estrutura do big bang deve ter sido gravemente reprimida para que essa termodinâmica tenha aumentado exponencialmente.

Portanto, como é possível explicar essa condição inicial especial?…De acordo com Penrose, precisamos da singularidade cosmológica inicial para fornecer a força sobre a geometria inicial…cujo efeito produz um estado de entropia muito baixa. – Em comparação com uma teoria simetricamente temporal, e livre de singularidade… deveríamos ter buracos brancos jorrando material… — o que está em contradição… — tanto com a 2ª lei da termodinâmica, quanto com a observação. Penrose apresenta a seguinte figura para ilustrar essa diferença:

bigs

Contraste do universo como o conhecemos (considerado fechado) com um universo mais provável. Em ambos os casos, o big crunch é singularidade com entropia alta (~10e123), não comprimida. Na figura à esquerda, o big bang é singularidade inicial com entropia baixa (<1088), altamente comprimida, ao passo que a imagem à direita mostra um big bang não comprimido e muito mais provável. As “estalactites” representam as singularidades dos buracos negros, e as “estalagmites” representam as singularidades dos buracos brancos.

A agulha no palheiro                                                                                                               Se removermos a singularidade cosmológica inicial … estaremos de volta ao                       ponto em que estávamos em nossas tentativas de entender a origem da 2ª lei’.

Poderia a geometria especial inicial ter surgido bruscamente por acaso na ausência de uma singularidade cósmica?…A resposta de Penrose é decisiva…ele calculou que para uma fase cujas regiões assumem várias ‘configurações cósmicas’ possíveis … a “precisão do Criador”  teria de ser de uma parte em 10e10e(123), para a existência do nosso universo. E comenta:

“Não me lembro de ter visto na física nada cuja precisão conhecida              se aproxime…nem mesmo remotamente…de uma cifra como esta”. 

Nesse caso, a singularidade cosmológica inicial talvez tenha uma necessidade termodinâmica virtual. – A consequência disso…nas palavras de Paul Davies é que,       com base nas propriedades termodinâmicas cósmicas… somos obrigados a afirmar,         que a condição de entropia baixa do universo foi – de algum modo… simplesmente ‘introduzida’ na criação como uma condição inicial (a priori). Antes da criação, diz    Davies, o universo simplesmente não existia… – Essa conclusão… com efeito… traz implicações metafísicas profundas, porque o começo do universo é o ponto em que            ele literalmente passa a existir… – O universo não foi uma transição do nada…para      alguma coisa… — antes… — ao contrário… — passou a existir… — “absolutamente“.

Contudo…se existe uma impossibilidade metafísica – é a de algo passar a existir absolutamente… – sem uma causa… – “Existência procede apenas de existência”. Portanto, é indispensável… haver uma causa “extramundana”…para o universo.            Tal causa deve transcender o espaço físico e o tempo… e, portanto… ser abstrata            (como matemática)…e também plausível… na certeza de que a causa que criou o universo, também criou seu próprio cenário apocalíptico de iminente destruição.

Em suspensão … num “vácuo metaestável”                                                                    Sendo uma fase de transição quântica indeterminada, esse tunelamento é imprevisível; e poderia acontecer…praticamente a qualquer momento”. (Fred Adams, Greg Laughlin)

metastable

Já foi mencionado antes, que o universo está atualmente suspenso em um… falso estado de ‘vácuo metaestável’…portanto, em algum ponto futuro, inevitavelmente  ele será “tunelado” para um estado mais baixo de energia … acarretando em uma total metamorfose da natureza… Nessas regiões de transição, o vácuo verdadeiro formar-se-á por todos lugares do cosmo, semelhante ao gelo, na superfície de um lago…se deslocando à velocidade da luz. 

Assim… os valores das constantes físicas, as potências das forças fundamentais… e massas das partículas elementares mudaram… E o velho universo…com sua antiga versão das leis físicas, simplesmente deixou de existir… – Pois, dentro do novo universo…com suas novas leis físicas e novas possibilidades…de complexidades e estruturas afins… – surge um novo recomeço…(William Lane Craig — “O Fim do Mundo“… — tradução: Marcos Vasconcelos)  *****************************(texto complementar)*********************************

trechos selecionados do livro “Fronteiras do Universo”… Paul Halpern              De acordo com o ‘Princípio de Copérnico’…podemos inferir as propriedades gerais            do universo…a partir de observações locais. – Na sondagem dos mistérios do vasto      cosmo profundo… – talvez o poder de nossa mente ofereça… a maior maravilha de      todas. – Somos mero pontinho no firmamento celeste… querendo saber de tudo!… 

Pelo modelo inflacionário de Alan Guth, o universo começou num estado de extrema simetria… – chamado “falso vácuo“… que  abrigaria todas as ‘forças naturais’ (exceto gravidade) numa “grande unificação” das interações fraca, forte… e eletromagnética.

Apesar destas forças terem hoje intensidades e propriedades bem distintas… — acredita-se que, durante um tempo extremamente curto, logo após o ‘Big-Bang‘…fossem semelhantes.  Daí a busca pela grande unificação, trazendo certa justificativa teórica… – para as… então inovadoras…”ideias inflacionárias” de Guth.

Bóson de Higgs e a “Grande Unificação”                                                                            A ‘unificação eletrofraca’ tornou-se modelo para uma possível                                            ‘grande unificação’ … que também incluiria a ‘força forte’.

Na década de 60, a ‘unificação eletrofraca’ mostrou que, um campo associado ao chamado “Bóson de Higgs’ poderia, espontaneamente, ‘quebrar sua simetria’…fornecendo massa às partículas envolvidas nas ‘interações fracas’ – e, fazendo com que a força associada a essa interação se separe (em intensidade e alcance)…do eletromagnetismo; que é transportado pelo fóton (desprovido de massa)…O mecanismo de Higgs prevê que os bósons (de Higgs) possuíam – originalmente – uma perfeita ‘simetria de gauge (ou calibre). Observe-se que calibre em física, é uma espécie de ponteiro, que pode girar de acordo com vários ângulos.

Era da Grande Unificação. Era de Planck. Grupo de Astronomia.  19.

No início do universo… – quando as temperaturas eram enormes — esse calibre estava livre para apontar em qualquer direção. ‘Todas as 3 forças’ tinham energias iguais. Contudo…à proporção que o universo esfriava…aumentava a probabilidade que um valor aleatório de ‘ângulo de calibre’ fosse escolhido…e ele se fixou nessa direção…(esquema gráfico ao lado.)

Assim, perdendo sua “simetria” durante o resfriamento – o “Bóson de Higgs” ganhou uma preferência, gerando massa para outras partículas… até as de “interação fraca“… apenas  deixando desprovidos de massa os “mediadores” (fótons e glúons)… – enquanto que… um remanescente do Higgs (bóson) seria deixado para trás, sinalizando um “campo escalar massivo“. (campo escalar é aquele que pode ser descrito por um valor único para cada ponto no espaço…independente do sistema de coordenadas… do local, direção ou sentido, desses “eixos coordenados”)

“Inflação” uma “explosão criativa”                                                                                    Uma das virtudes supremas da ‘teoria inflacionária’ é prever como a                                  estrutura emergiu da ‘uniformidade’…Como um bônus inesperado, a                                  inflação… – não apenas homogeneizou o universo em escala … como                                  explicou as heterogeneidades existentes (aglomerados, galáxias, etc.)                      

Por meio do mecanismo de ‘quebra de simetria espontânea, e produção de um campo escalar…Guth viu a oportunidade de descrever uma ‘mudança de fase’ para o universo primordial, análoga ao ‘super-resfriamento’…“Plugue um campo escalar nas equações     da relatividade geral de Einstein … e a solução modelará um universo em crescimento exponencial”… (o campo poderia ser o de Higgs – ou… outro campo escalar qualquer).

Cosmólogos chamam essa solução de “espaço-tempo De Sitter”. Sobre ele… o efeito de    um campo escalar sobre o espaço-tempo… é similar à explosão do volume do universo, desencadeada por uma “constante cosmológica“. — No intervalo de cerca de 10-³² segundos o espaço aumentou em volume…por um fator superior a 10e78 (como se um    grão de areia subitamente explodisse, se tornando maior que a Via-Láctea). Após essa inflação cósmica, num processo chamado reaquecimento, uma enorme quantidade      de energia preencheu o espaço…em um nº estimado de partículas, da ordem de 10e90.

Tal era estacionária…pós-inflacionária…trouxe como consequência fundamental, o fator cósmico da planitude do horizonte conexo, com sua uniformidade global de temperatura. Esta se justifica pela queda do ‘campo potencial inflacionário‘ em um ‘poço’…cessando a aceleração exponencial e reaquecendo o espaço com matéria e energia homogeneamente.

“Inflação Caótica” (de Linde)                                                                                                      Para intervalos de tempo muito curtos, a energia não                                                            pode ser conhecida com precisão – portanto… ‘flutua’.

A necessidade de se obter condições iniciais extremamente corretas, que justificassem a uniformidade plana atual do universo (problema da “sintonia fina“) fez com que Andrei Linde apresentasse um modelo inflacionário complementar (caótico) no qual o universo atual fosse resultado de flutuações quânticas aleatórias na ‘espuma do vácuo primordial’.    Essas flutuações emergiam do ‘Princípio da Incerteza’ de Heisenberg, na relação inversa entre tempo e energia (quanto mais conhecemos sobre um, menos sabemos do outro).  Nos modelos cosmológicos, as dimensões das estruturas astronômicas atuais remontam  ao tamanho da escala quântica…imensamente amplificada pela superpoderosa ‘lente de aumento’ da inflação…Enquanto o espaço se expandia exponencialmente, as ‘flutuações aleatórias’ se ampliavam. E, quando a era inflacionária cessou, o tamanho dessas ‘rugas’ congelou-se nas proporções relativas das estruturas astronômicas… para o espaço vazio. Amontoados de energia foram os centros de crescimento dos “processos gravitacionais”.

Curiosamente, se a era inflacionária descrevia uma expansão exponencial, sua mistura caótica de flutuações seria a mesma…em todas as escalas. Tal situação é chamada de ‘invariante em relação à escala’, emblemática daqueles “arranjos matemáticos complexos”… – denominados…‘fractais’; onde uma estrutura semelhante se repete … independentemente de escala.

No ‘ruído de fundo cósmico em microondas’… — detetado pelas sondas Cobe e WMAP… aTransformada de Fourier‘ tem sido utilizada como uma poderosa ferramenta matemática  para representar as estruturas ondulatórias primordiais…decompondo padrões aleatórios de onda, ao tamanho de seus componentes originais…Dessa forma, uma análise criteriosa do WMAP revelou que a radiação de fundo é quase – mas… não totalmente invariante em relação à escala(A diferença se justificaria pela ‘teoria das partículas elementares’)

Multiverso… Problema da constante cosmológicae enigma da Quintessência  Apenas em relação à ‘energia do ponto zero’ (na ‘cromodinâmica quântica’) a diferença para o seu cálculo relativístico à escala de Planck é de 41 casas decimais…Para explicar essa diferença absurda – teríamos que aceitar uma ‘constante cosmológica’ enorme na época anterior à “fase eletrofraca” – o que é coerente com a temperatura necessária (e consequente ‘radiação de corpo negro’) para essa transição de fase. – Por conseguinte,    o elevado valor primordial da constante cosmológica geraria a ‘inflação cosmológica’.

Para o cosmólogo George Ellis … somente  poderíamos afirmar, de forma razoável, a existência de ‘multiversos’ se pudéssemos provar sua existência, como consequência inevitável de leis…e processos físicos bem estabelecidos. O problema porém…não se resume ao campo inflacionário (inflaton),   ainda não identificado, ou seu potencial… não testado experimentalmente, também inclui uma teoria quântica de campo, que  se mantém válida para além de seu poder real, a despeito duma solução satisfatória ao problema da “constante cosmológica“.

Segundo Paul Steinhardtcosmólogo de “Princeton”… – uma alternativa à constante cosmológica (em vez da energia do vácuo) representaria uma substância exótica com pressão negativa, chamada ‘quintessência’. Bárions, léptons, fótons, e matéria escura seriam 4 substâncias iniciais modelando a dinâmica do cosmo, mais a quintessência‘.    Por oposição à ‘constante cosmológica’…a quintessência poderia ter uma distribuição      no espaço, e evoluir ao longo do tempo…Tal mobilidade a tornaria uma “perspectiva”    mais atraente para explicar o compasso de espera da ‘energia escura‘…por bilhões de      anos… – durante a época da formação das estruturas; para agora então…impulsionar efetivamente a “expansão cósmica. – Suas qualidades se caracterizariam por sua “equação de estado (da relação entre pressão e densidade de uma substância).    Enquanto matéria e radiação têm razão maior ou igual a zero, a “quintessência” teria      valor negativo, isto é, uma ‘pressão negativa’, variando ao longo do tempo (e espaço).

Como Steinhardt descreveu, tal substância teórica representa uma “forma dinâmica” de energia em evolução no tempo, dependente do espaço, e com pressão negativa suficiente para impulsionar a expansão acelerada. Desse modo, o próprio destino do universo pode depender de qual destas alternativas é a verdadeira…ou a energia escura é representada por uma ‘quintessência maleável… ou — por uma ‘constante cosmológica‘ estável.

No primeiro caso o universo teria a possibilidade de um alívio na expansão; já no segundo caso, a expansão acelerada levaria ao isolamento e dissolução das estruturas cósmicas, em um final de total falta de energia. – Se quisermos portanto, aprender sobre o ‘destino final’ do universo – daqui a trilhões de anos…devemos mapear a energia escura no espaço…e estipular sua variação ao longo do tempo. p/consulta: Expansão acelerada não é uniforme

Anúncios

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em cosmologia, física e marcado , , , . Guardar link permanente.

8 respostas para Linde x Hawking…a “Batalha Cósmica da Criação”!

  1. Alemão disse:

    Desde quando comecei a ler sobre astronomia e astrofísica, aos 17 anos, me veio a idéia de que um buraco negro em nosso universo teria um quasar correspondente a ele num universo paralelo e vice-versa. E se o Big Bang fosse um gigantesco quasar oriundo de um também gigantesco buraco negro em algum universo paralelo, que acabou criando o nosso? Abraços.

    Curtir

    • Cesarious disse:

      olá Franz, olha, eu também acho que a “grande resposta” está se encaminhando nessa direção, citada por você, mas existem algumas considerações a fazer.
      Os quasares, ao que tudo indica, são objetos formadores de galáxias, e não de universos; agora, já existe uma teoria (do Nikodem Poplawski – físico polones), da qual eu concordo plenamente, identificando inclusive um limite (de 3.000 massas solares) para um superburaco negro colapsar num Big Bang…
      Portanto, você não está sozinho nessas suposições. Um grande abraço. (http://cienciaseadjacencias.blogspot.com.br/2011/03/o-que-havia-antes-do-big-bang-um-buraco.html).

      Curtir

  2. mirian disse:

    Muito bom!
    Suas contribuições teóricas Cesarious, são claras e instigante, mesmo para mim, apenas uma curiosa que associa a Física com a Psicanálise, como Freud o fez em sua época, ao explicar a Teoria da Pulsão de Vida e Pulsão de Morte. Penso se ele (Freud) tivesse tempo para acompanhar a evolução da Física, como estaria a Psicanálise hoje? Ao trabalhar a Sindrome de Pânico, imagino o paciente na época paleolítica. Penso no sentimento do homem pré-histórico, olhando o céu. O pânico sentido ao “ver” e “ouvir”, trovões e raios; por não entender o que se passa… Supõe-se que justificavam ser fruto de “espíritos malignos”… Desde então, o que é enígma e mistério cada vez mais deixa de ser entendido como “espíritos malignos”, cada vez mais deixa de “ser espírito” e muito menos “maligno”… O conhecimento apazigua… Contudo, nossas teorias, por mais fundamentadas que sejam, me parece são finitas mas suas fontes são infinitamente inesgotáveis. Penso que, segundo o que seja “o antes”, “o nada”, ‘o caos”, seja apenas mais uma “grandeza”(energia) a ser descoberta para esclarecer e apaziguar as inquietações da humanidade. O que a Física vem, desde sempre, esclarecendo.

    Curtir

    • Cesarious disse:

      Mirian, quando você diz “nossas teorias, por mais fundamentais que sejam, são finitas, mas suas fontes, inesgotáveis”, creio que essas fontes a que você se refere sejam fontes vitais, ou seja, a energia em comunicação (e compreensão), assim como estamos fazendo agora.

      Curtir

      • mirian disse:

        Me refiro a essa (comunicação) e à todas as fontes das quais as teorias se alimentam, porque elas são infinitas como o Universo, como sua matéria comprova… Sempre é possível compreender o incompreensível e de forma fundamentada, como o faz a Física. Bj.

        Curtido por 1 pessoa

  3. reginaldo disse:

    o que deu a briga do dois cientistas? quem está certo?

    Curtir

  4. Cesarious disse:

    essa briga me parece aquela entre Einstein e Bohr…na verdade, depende do ponto de vista, ou melhor, do tipo de abordagem, ou ainda, da amplitude do sistema. Se você quiser saber como o ‘nosso universo’ surgiu, eu recomendaria a ideia de Hawking (mesmo considerando a nossa ignorância sobre energia e matéria escuras)… mas , se numa visão mais ampla, nossa imaginação for capaz de visualizar um mecanismo de formação de universos, eu recomendaria a tese de Linde… (vale a pena também ler o texto complementar)

    Curtir

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s