5 mitos científicos que você provavelmente acredita sobre o Universo
O agrupamento de galáxias no Universo nas maiores escalas observáveis, onde cada pixel representa uma galáxia. Crédito da imagem: colaboração de Michael Blanton e SDSS.
Como um pouco de conhecimento pode trazer alguns grandes equívocos… e como corrigi-los.
Porque a filosofia surge do assombro, um filósofo está fadado a ser um amante de mitos e fábulas poéticas. Poetas e filósofos são semelhantes em serem grandes com admiração. – Tomás de Aquino
O Universo é um lugar vasto e misterioso, abrangendo tudo o que já conhecemos, observamos ou esperamos entrar em contato. Por milênios, um olhar para o céu – nossa janela para o cosmos além do nosso mundo – foi recebido com admiração, admiração e fascínio pelo desconhecido. Graças a todos os avanços científicos feitos pelas civilizações ao redor do globo, agora sabemos que os pontos de luz no céu são estrelas, encontradas agrupadas em galáxias, que se agrupam nas maiores escalas, em um Universo que começou com o nosso Big Bang. uma quantidade finita de tempo atrás: 13,8 bilhões de anos. No entanto, saber disso não significa que sabemos tudo. Na verdade, conhecer um pouco de física abre a porta para alguns equívocos realmente grandes, alguns dos quais afligem até mesmo cientistas profissionais. Eles incluem…
As porções observáveis (amarelas) e alcançáveis (magenta) do Universo, que são o que são graças à expansão do espaço e dos componentes energéticos do Universo. Crédito da imagem: E. Siegel, baseado no trabalho dos usuários do Wikimedia Commons Azcolvin 429 e Frédéric MICHEL.
1.) Se o Universo tem 13,8 bilhões de anos, então não devemos ser capazes de ver objetos a 46 bilhões de anos-luz de distância.
Afinal, nada pode se mover mais rápido que a velocidade da luz! A luz do Sol tem 8 minutos e 20 segundos porque a luz leva 8 minutos e 20 segundos para percorrer a distância do Sol à Terra. Mas há dois pontos importantes a serem percebidos: um é que o Sol e a Terra não estão se afastando ou se aproximando durante a jornada da luz, o outro é que o espaço entre o Sol e a Terra não está se expandindo. Nas maiores escalas cósmicas, o Universo tem esses dois fatores em jogo.
Imagine uma galáxia que estava a 10 bilhões de anos-luz de distância de onde estamos agora, 10 bilhões de anos atrás. Imagine que ele emite luz. Se o tecido do Universo não estivesse se expandindo, levaria 10 bilhões de anos para chegar até nós. Mas se a galáxia estivesse se afastando de nós, limitada pela velocidade da luz, poderia estar a 20 bilhões de anos-luz de nós quando a luz chegar lá. E se o Universo estivesse se expandindo, poderia estar ainda mais longe! Se nosso Universo fosse feito principalmente de radiação, poderíamos ver até 27,6 bilhões de anos-luz de distância em um Universo de 13,8 bilhões de anos. Se fosse feito principalmente de matéria, esse número chegaria a 41,4 bilhões de anos-luz. E com a mistura de matéria, matéria escura e energia escura que temos, a expansão traz esse número até 46 bilhões de anos-luz de distância. É assim que podemos ver objetos tão distantes em nosso Universo.
Luz e ondulações no espaço; à medida que a luz passa pelo espaço não plano, muda a forma como um observador em qualquer outro local percebe a passagem do tempo para a luz. Crédito da imagem: Observatório Gravitacional Europeu, Lionel BRET/EUROLIOS.
2.) Ninguém sabe como a gravidade realmente funciona fundamentalmente.
As forças que afetam nosso Universo – a gravitação, governada pela Relatividade Geral de Einstein, e as forças eletromagnéticas, fracas e fortes, descritas pela teoria quântica de campos – são fáceis de observar e medir. As teorias subjacentes a eles são separadas, com a Relatividade Geral descrevendo a relação entre matéria e energia para a curvatura do espaço-tempo, e a teoria quântica de campos descrevendo as interações entre partículas que ocorrem nesse espaço-tempo. Você pode se preocupar que a gravidade deve ser inerentemente uma força quântica na natureza, e que deve haver grávitons mediando essa interação. Você também pode se preocupar com o fato de não podermos calcular como a força ou o campo gravitacional deve funcionar em situações quânticas, como para um elétron passando por uma fenda dupla e interferindo em si mesmo.
Mas o propósito da ciência é explicar as observações, e a Relatividade Geral o faz para absolutamente todas elas. Não apenas o suficiente, mas perfeitamente, até os limites do que somos capazes de observar. Toda teoria tem um limite para seu alcance de validade; A Relatividade Geral entrará em colapso em algum momento, como nas singularidades dentro dos buracos negros. Mas as teorias quânticas de campo também têm esses limites: na escala de Planck, ou distâncias de cerca de 10^-33 metros ou mais. Os grávitons deveriam existir, mas são semelhantes aos fótons: real podem ser detectados como ondas gravitacionais (assim como fótons reais podem ser detectados como ondas de luz), enquanto virtual não podem ser detectados e são apenas uma ferramenta de cálculo. A descrição de Einstein é perfeitamente válida. Embora esperemos que um dia seja substituído por uma descrição quântica da gravidade, nossa imagem do espaço-tempo curvo afetado por matéria e energia, onde o espaço-tempo curvo determina os caminhos dos objetos, é fundamentalmente válido no sentido mais importante: descreve perfeitamente todas as observações que podemos conceber fazer.
A linha do tempo da história do nosso Universo observável. Crédito da imagem: NASA / WMAP Science Team.
3.) O Big Bang foi o nascimento do espaço e do tempo.
O Universo vem se expandindo e esfriando há bilhões de anos; tudo era mais quente e denso no passado, e se extrapolarmos arbitrariamente para longe, chegaríamos a um ponto de densidade infinita. Teoricamente, isso foi percebido já na década de 1920 por cosmólogos como Alexandr Friedmann e Georges Lemaître, com este último chamando esse estado de átomo primordial do qual tudo emergiu. Quando o brilho de radiação restante previsto por esta imagem – deslocado para a porção de micro-ondas do espectro pela expansão do Universo – foi detectado na década de 1960, o Big Bang foi confirmado. Extrapole arbitrariamente para longe e você chegará a uma singularidade: de onde o espaço e o tempo como os conhecemos emergiram.
Só que essa foto não está certa. Se a temperatura do Universo (e, portanto, suas energias) subisse acima de um certo ponto, logo no início, as flutuações no Fundo de Microondas Cósmicas seriam maiores do que observamos. O fato de que eles são apenas algumas partes em 100.000 – medidos pela primeira vez no início dos anos 1990 pelo COBE – nos diz que deve ter havido um estado antes do Big Bang quente que nosso Universo quente, denso, cheio de matéria e radiação surgiu a partir de. Foi feita uma previsão do que seria esse estado na década de 1980: a inflação cósmica, que se instalou e deu origem ao Big Bang. Os detalhes de quais seriam as flutuações do CMB foram previstos e observados para corresponder em detalhes sangrentos ao que observamos pelo COBE, WMAP (anos 2000) e Planck (anos 2010). A inflação veio antes do Big Bang quente. O que veio antes da inflação, e honestamente, o que veio antes dos últimos 10^-32 segundos de inflação, ainda é um mistério.
Dois possíveis padrões de emaranhamento no espaço de Sitter, representando bits emaranhados de informação quântica que podem permitir que o espaço, o tempo e a gravidade emerjam. Crédito da imagem: Erik Verlinde, via https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf .
4.) Espaço, tempo e gravidade podem ser apenas ilusões.
Talvez não sejam fundamentais; talvez eles não sejam realmente reais em algum sentido. Tem havido muito burburinho sobre uma ideia recente: que algumas dessas propriedades podem surgir de algo mais fundamental. As ondas sonoras emergem de interações moleculares; átomos emergem de quarks, glúons e elétrons e das interações fortes e eletromagnéticas; os sistemas planetários emergem da gravitação na Relatividade Geral. Mas na ideia de gravidade entrópica – assim como em alguns outros cenários (como qbits) – a gravitação ou mesmo o próprio espaço e tempo podem emergir de outras entidades de maneira semelhante.
Mas na raiz disso está o fato de que existem relações próximas nas equações que governam a gravitação e aquelas que governam a termodinâmica. Normalmente, tomamos o ponto de vista de que a gravidade e as partículas são entidades fundamentais, e que a termodinâmica é emergente: descrevendo as propriedades agregadas de um grande número de coisas mais fundamentais. Na verdade, as leis da termodinâmica emergem de um campo diferente e mais fundamental; mecânica estatística. A gravidade ainda pode emergir de algo mais fundamental: cordas, laços, buracos negros peludos, partículas de Planck ou alguma outra construção teórica. A chave, no entanto, é que as previsões dessa ideia mais fundamental devem diferir do que a Relatividade Geral prevê, e isso não foi apresentado de maneira verificada. Mas o mais importante, a gravidade não é uma ilusão, mesmo que não seja fundamental; ela existe com a mesma certeza que qualquer propriedade emergente. E quanto ao espaço e ao tempo? Eles também podem não ser fundamentais, mas não há uma boa ideia do que eles possam surgir que se conectem a qualquer coisa testável. De qualquer forma, espaço, tempo e gravidade certamente existem, e chamá-los de ilusão é simplesmente falso.
As flutuações no próprio espaço-tempo na escala quântica se estendem pelo Universo durante a inflação, dando origem a imperfeições na densidade e nas ondas gravitacionais. Crédito da imagem: E. Siegel, com imagens derivadas da ESA/Planck e da força-tarefa interagências DoE/NASA/NSF em pesquisa CMB.
5.) É tudo apenas uma teoria, de qualquer maneira.
O Big Bang: apenas uma teoria. Gravidade: apenas uma teoria. Mesmo todo o campo de reunir essas ideias é chamado de física teórica. Não é como se fossem fatos, verdades ou mesmo leis. São apenas teorias.
Mas isso perde completamente o sentido do que é uma teoria científica. Os fatos são os elementos mais básicos da ciência. Você faz uma observação e isso é um fato. Você faz uma medição e isso é um fato. Um único ponto de dados experimental é um fato e, portanto, coletamos o máximo possível e criamos configurações para coletar ainda mais. Quando você percebe que as coisas estão correlacionadas, que as relações entre vários mensuráveis/observáveis obedecem a uma forma ou equação particular, isso é uma lei. É somente quando você pode montar uma estrutura abrangente que não apenas explique os fatos e englobe as leis, mas também faça novas previsões sobre coisas que você pode sair e observar que você tem uma teoria científica. Se você sair, validar e verificar suas teorias e empurrá-las para os limites absolutos, que você tem uma teoria tão boa quanto o Big Bang ou a Relatividade Geral.
E é verdade: mesmo uma teoria tão robusta e aceita como esses exemplos nunca será a resposta final. Há sempre mais para aprender, mais limites para cruzar e mais perguntas para descobrir e investigar. Mas as teorias mais aceitas da época estão tão próximas da verdade quanto a ciência pode chegar, mesmo que sempre nos esforcemos para chegar mais perto. Melhor entender a realidade, com todas as nuances envolvidas, da melhor forma que pudermos, do que persistir em um mito reconfortante.
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