Os físicos devem aceitar que algumas coisas são incognoscíveis

Crédito da imagem: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch, Universidade da Califórnia, Santa Cruz; R. Bouwens, Universidade de Leiden; e a Equipe HUDF09.
O Universo pode ser verdadeiramente infinito, mas nossa compreensão dele nunca será. Aqui está o porquê.
Saber que sabemos o que sabemos, e saber que não sabemos o que não sabemos, é o verdadeiro conhecimento. – Nicolau Copérnico
Uma das questões finais sobre o nosso Universo é a questão de onde tudo isso veio. Quando descobrimos que as grandes espirais no céu eram, na verdade, galáxias não tão diferentes da nossa Via Láctea, abriu o caminho para que realmente – pela primeira vez – compreendêssemos o escopo e a escala de tudo o que podemos perceber. Esses distantes universos insulares não estavam contidos na Via Láctea, mas eram coleções de bilhões ou mesmo trilhões de estrelas, separadas por milhões ou mesmo bilhões de anos-luz em todo o cosmos.

Crédito da imagem: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/Universidade do Arizona, da galáxia NGC 7331 e seu ambiente circundante.
Quando descobrimos que quanto mais distante uma galáxia estava de nós, em média, mais rápido parecia estar se afastando de nossa perspectiva, uma possibilidade intrigante se abriu, consistente com a Relatividade Geral de Einstein: talvez as galáxias não estivessem todas se afastando de nossa localização , mas o próprio tecido do espaço estava se expandindo. Se este fosse o caso, então o Universo não deveria estar apenas se expandindo mas esfriando , pois o comprimento de onda da luz seria esticado para energias cada vez mais baixas com o passar do tempo. Além disso, não precisávamos apenas extrapolar para frente, mas também podíamos retroceder: para uma época em que o Universo era menor no passado.
Se olhássemos nessa direção, encontraríamos um Universo mais denso, mais quente, em expansão mais rápida e mais compacto. Em momentos bastante cedo, o Universo seria tão energético que os átomos neutros seriam destruídos, e mesmo antes disso, os núcleos atômicos individuais não poderiam ter se formado.

Depois que os átomos do Universo se tornam neutros, não apenas os fótons param de se espalhar, tudo o que eles fazem é o desvio para o vermelho sujeito ao espaço-tempo em expansão em que existem, diluindo à medida que o Universo se expande enquanto perde energia à medida que seu comprimento de onda continua a mudar para o vermelho. Crédito da imagem: E. Siegel, de seu livro, Além da Galáxia.
Esta imagem – o Big Bang – foi validada com a descoberta do fundo cósmico de micro-ondas, a medição de seu espectro e flutuações, e a descoberta da abundância de luz, elementos primordiais remanescentes daquele período de tempo. Mas por mais tentador que seja extrapolar todo o caminho de volta a um estado arbitrariamente quente e denso, ou a uma singularidade, que simplesmente não é factível em nosso Universo.
Veja bem, havia alguns grandes problemas que surgiam se você tentasse voltar tão longe:
- O Universo teria se expandido para o esquecimento ou recaído quase imediatamente, nunca formando estrelas ou galáxias, a menos que a taxa de expansão inicial e a densidade de energia inicial estivessem perfeitamente equilibradas.
- O Universo teria temperaturas diferentes em direções diferentes – algo que foi observado não ter – a menos que algo fizesse com que ele tivesse a mesma temperatura em todos os lugares.
- O Universo teria sido preenchido com relíquias de alta energia que nunca haviam sido detectadas, uma consequência de extrapolar arbitrariamente no passado.
E, no entanto, quando vimos nosso Universo, fez têm estrelas e galáxias; isto foi a mesma temperatura em todas as direções, e não tem essas relíquias de alta energia.

Crédito da imagem: Sloan Digital Sky Survey (SDSS), incluindo a profundidade atual da pesquisa.
A solução para esses problemas foi a teoria da inflação cósmica, que substituiu a ideia de uma singularidade por um período de expansão exponencial do espaço, e que previu aquelas condições iniciais que o Big Bang por si só não poderia. Além disso, a inflação fez outras seis previsões para o que veríamos em nosso Universo:
- Um universo perfeitamente plano.
- Um Universo com flutuações em escalas maiores que a luz poderia ter viajado.
- Um Universo com uma temperatura máxima que é não arbitrariamente alto.
- Um Universo cujas flutuações eram adiabáticas, ou de igual entropia em todos os lugares.
- Um Universo onde o espectro de flutuações era apenas levemente menos do que ter um invariante de escala ( n_s <1) nature.
- E, finalmente, um Universo com um espectro particular de flutuações de ondas gravitacionais.
Os primeiros cinco deles foram verificados, com o sexto ainda sendo procurado .
Crédito da imagem: equipe científica da NASA / WMAP.
A próxima questão lógica sobre nossas origens, é claro, torna-se então a de de onde veio a inflação ? Era um estado que era eterno no passado, o que significa que não teve origem e sempre existiu, até o momento em que terminou e criou o Big Bang? Foi um estado que teve um começo, onde emergiu de um estado não inflacionário no espaço-tempo em algum tempo finito no passado? Ou era um estado cíclico, onde o tempo voltava a si mesmo a partir de algum estado futuro distante?
O difícil aqui é que não há nada que possamos observar, em nosso Universo, que nos permite distinguir essas três possibilidades. Em todos os modelos de inflação, exceto os mais elaborados (e alguns dos Essa podemos descartar), são apenas os últimos 10 ^ (-33) segundos ou mais de inflação que afetam nosso Universo. A natureza exponencial da inflação exterminar qualquer informação que ocorreu antes disso, separando-a de qualquer coisa que possamos observar, bem, inflar além da porção do nosso Universo que podemos observar.

Crédito da imagem: E. Siegel, com imagens derivadas da ESA/Planck e da força-tarefa interagências DoE/NASA/NSF em pesquisa CMB. De seu livro, Além da Galáxia.
O que nos resta é um Universo observável enorme: 46 bilhões de anos-luz de raio, contendo cerca de 10¹² de galáxias, 10²⁴ de estrelas, 10⁸⁰ átomos e quase 10⁹⁰ fótons. Mas esses números, embora astronômicos, são finitos e não nos dão nenhuma informação sobre o que aconteceu no Universo antes da última fração de segundo de inflação. Podemos fazer cálculos teóricos para tentar obter algum insight, mas todos eles dependem do modelo. Com exceção de alguns modelos específicos que deixariam traços observáveis em nosso Universo (a maioria não), não temos como saber como – ou mesmo E se — o Universo começou.
A quantidade total de informações acessíveis a nós no Universo é finita e, portanto, também é a quantidade de conhecimento que podemos obter sobre ela. Há muito o que aprender e muito que a ciência ainda não revelou. Mas algumas coisas provavelmente nunca saberemos. O Universo pode ainda ser infinito, mas nosso conhecimento dele nunca será.
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