Sim, o multiverso é real, mas não vai consertar a física
A ideia do multiverso afirma que há um número arbitrariamente grande de universos como o nosso, mas se existem diferenças nas leis da física permanece uma questão em aberto. Crédito da imagem: Lee Davy/flickr.
Surpreendentemente, as evidências apontam para a existência do multiverso não observável. Mas não é a resposta que você procura.
Todos concordamos que sua teoria é maluca. A questão que nos divide é se é louco o suficiente para ter uma chance de estar certo. Niels Bohr disse essas palavras a Wolfgang Pauli sobre a teoria das partículas elementares deste último, mas poderia facilmente se aplicar a muitas das ideias de física moderna mais controversas de hoje. Um que é chamou muita atenção recentemente é o de um multiverso . Em suma, é a ideia de que nosso Universo, e tudo o que está contido nele, é apenas uma pequena região de uma existência maior que inclui muitos universos semelhantes e possivelmente muitos diferentes como o nosso. Por um lado, se nossas teorias atuais da física são verdadeiras, o Multiverso absolutamente deve existir. Mas, por outro lado, como Sabine Hossenfelder aponta com razão , é improvável que nos ensine algo útil.
O Universo observável pode ter 46 bilhões de anos-luz em todas as direções do nosso ponto de vista, mas certamente há mais, Universo inobservável, talvez até uma quantidade infinita, assim como o nosso além disso. Crédito da imagem: Frédéric MICHEL e Andrew Z. Colvin, anotado por E. Siegel.
Por que o Multiverso deve existir? Muito simplesmente: deve haver mais Universo do que a parte que é observável para nós. Se você olhar apenas para a porção do Universo que podemos ver, você pode medir sua curvatura espacial e descobrir que é incrivelmente próximo ao plano. Nenhuma região se repete; nenhum local se conecta ou retorna um ao outro; nenhuma região de grande curvatura se mostra em uma escala próxima à do Universo que podemos observar. Se o Universo fosse uma hiperesfera, o análogo quadridimensional de uma esfera, deveria ter um raio de curvatura centenas de vezes o tamanho do que podemos observar. Deve haver mais Universo lá fora do que podemos acessar.
A inflação faz com que o espaço se expanda exponencialmente, o que pode resultar muito rapidamente em qualquer espaço curvo pré-existente parecendo plano. Se o Universo é curvo, ele tem um raio de curvatura centenas de vezes maior do que podemos observar. Crédito da imagem: E. Siegel (L); Tutorial de cosmologia de Ned Wright (R).
Mas isso não é apenas uma conclusão de observações; é a mesma conclusão que tiraríamos de nossa principal teoria da origem do Universo: inflação cosmológica. Antes do Big Bang quente, o tecido do Universo estava se expandindo a uma taxa exponencial, onde a cada 10-35 segundos ou mais, dobraria de escala em todas as dimensões. A inflação durou pelo menos 10 a 33 segundos ou mais, mas poderia ter durado muito mais: segundos, anos, milênios, trilhões de anos ou um período de tempo arbitrariamente longo. Quando a inflação termina, o Universo com o qual ficamos é esticado, a mesma temperatura em todos os lugares e muito, muito mais vasto do que qualquer coisa que possamos esperar observar. Considerando a natureza finita de tudo o que podemos ver, a inflação é a maneira natural de criar um Multiverso de possibilidades.
A inflação criou o Big Bang quente e deu origem ao Universo observável ao qual temos acesso, mas só podemos medir a última fração de segundo do impacto da inflação em nosso Universo. Crédito da imagem: Bock et al. (2006, astro-ph/0604101); modificações por E. Siegel.
Sem um conhecimento sólido de como a inflação começou, ou se ela já teve um começo, não podemos saber quanto Multiverso existe além do nosso Universo real. Mas com base nas propriedades da inflação que se imprimem no Universo que habitamos, podemos tirar algumas conclusões sobre isso. Em particular:
- A falta de curvatura espacial,
- A natureza adiabática e o espectro de flutuações impressas no fundo cósmico de micro-ondas,
- A magnitude das imperfeições que deram origem à estrutura em grande escala que vemos,
- As restrições à inflação das ondas gravitacionais poderiam ter criado,
- E as flutuações do superhorizonte que observamos (em escalas maiores que o Universo visível),
todos nos dão algumas restrições importantes sobre o tipo de inflação que ocorreu e nos ensinam duas lições muito importantes, se as implicações dessas teorias verificadas e validadas estiverem corretas, sobre nosso Multiverso.
As oscilações do CMB são baseadas em oscilações primordiais produzidas pela inflação. Em particular, a “parte plana” em grandes escalas (à esquerda) não tem explicação sem inflação, e ainda assim a magnitude das flutuações restringe as escalas máximas de energia que o Universo atingiu no final da inflação. É muito inferior à escala de Planck. Crédito da imagem: NASA / WMAP Science Team.
1.) A inflação não ocorreu em energias arbitrariamente altas . Existe uma escala de energia na qual as leis da física não fazem mais sentido: a escala de Planck, ou cerca de 1019 GeV. Isso é cerca de 100 trilhões de vezes maior do que as energias máximas que o LHC atinge e um fator de cerca de 100 milhões a mais do que as partículas cósmicas de maior energia que já detectamos no Universo. A partir das impressões da inflação, podemos concluir que a temperatura no início do Big Bang quente nunca ultrapassou cerca de 1015 ou 1016 GeV, abaixo da escala de Planck. Isso implica que a inflação provavelmente ocorreu abaixo dessa escala também. Se for verdade, isso significaria que a época inflacionária obedeceu às leis atuais da física, assim como todas as regiões do Multiverso que a inflação criou.
Concepção artística em escala logarítmica do universo observável. Observe que estamos limitados em quão longe podemos ver pela quantidade de tempo que ocorreu desde o Big Bang quente: 13,8 bilhões de anos, ou (incluindo a expansão do Universo) 46 bilhões de anos-luz. Qualquer um que viva em nosso Universo, em qualquer local, veria quase exatamente a mesma coisa de seu ponto de vista. Crédito da imagem: usuário da Wikipédia Pablo Carlos Budassi.
2.) Existem inúmeras regiões onde a inflação não acabou e continua até hoje . A ideia de que o Big Bang aconteceu em todos os lugares ao mesmo tempo pode se aplicar ao nosso Universo, mas certamente não deve se aplicar à grande maioria dos Universos existentes no Multiverso. Assumindo que a inflação é um campo quântico, como todos os campos que conhecemos, ela deve se espalhar ao longo do tempo, o que significa que em qualquer região do espaço, ela tem uma probabilidade de terminar em um determinado momento, mas também uma probabilidade de continuar por um tempo. enquanto mais.
Se a inflação é um campo quântico, então o valor do campo se espalha ao longo do tempo, com diferentes regiões do espaço tendo diferentes realizações do valor do campo. Em muitas regiões, o valor do campo terminará no fundo do vale, acabando com a inflação, mas em muitas mais, a inflação continuará, arbitrariamente, no futuro. Crédito da imagem: E. Siegel / Além da Galáxia.
Na região que se tornou nosso Universo, que pode abranger uma grande região que vai muito além do que podemos observar, a inflação acabou de uma vez. Mas além dessa região, existem ainda mais regiões onde não terminou. Essas regiões crescem e inflacionam com o passar do tempo, e mesmo que muitas dessas novas regiões vejam o fim da inflação, aquelas onde não inflacionar continuarão a inflar. A inflação, portanto, deve ser eterna para o futuro, pelo menos em algumas regiões do espaço. Isso independentemente de ser eterno para o passado ou não.
Onde quer que a inflação ocorra (cubos azuis), ela dá origem a mais regiões do espaço exponencialmente a cada passo adiante no tempo. Mesmo que haja muitos cubos onde a inflação termina (Xs vermelhos), há muito mais regiões onde a inflação continuará no futuro. O fato de que isso nunca chega ao fim é o que torna a inflação “eterna” uma vez que começa. Crédito da imagem: E. Siegel / Além da Galáxia.
Aceitar tudo isso leva a uma conclusão inevitável: vivemos em um Multiverso, e nosso Universo é apenas um dos inúmeros que existem dentro dele. No entanto, as previsões padrão que resultam disso são difíceis de fazer ciência. Eles incluem:
- Que as diferentes regiões onde a inflação acaba nunca devem colidir ou interagir.
- Que as constantes e leis fundamentais em diferentes regiões devem ser as mesmas que são aqui.
- E que, a menos que a inflação fosse verdadeiramente eterna para o passado, não há espaço suficiente para conter todos os universos paralelos que a interpretação de muitos mundos da física quântica exigiria.
A ideia de universos paralelos, aplicada ao gato de Schrödinger. Por mais divertida e atraente que seja essa ideia, sem uma região infinitamente grande de espaço para manter essas possibilidades, mesmo a inflação não criará Universos suficientes para conter todas as possibilidades que 13,8 bilhões de anos de evolução cósmica nos trouxeram. Crédito da imagem: Christian Schirm.
É sempre possível construir um modelo artificial que desafie essas previsões genéricas, e alguns cientistas fazem carreira fazendo isso. Escrevendo em NPR , Sabine Hossenfelder tem razão em criticar essa abordagem, afirmando, Só porque uma teoria é falsificável não significa que seja científica . Mas só porque as variantes do Multiverso são falsificáveis, e só porque as consequências de sua existência são inobserváveis, não significa que o Multiverso não seja real. Se a inflação cósmica, a Relatividade Geral e a teoria quântica de campos estiverem corretas, o Multiverso provavelmente é real e estamos vivendo nele.
Uma ilustração de universos múltiplos e independentes, causalmente desconectados um do outro em um oceano cósmico em constante expansão, é uma representação da ideia do Multiverso. Crédito da imagem: Ozytive / Domínio público.
Só não espere que ele resolva suas questões mais candentes sobre o Universo. Para isso, você precisa de física que possa colocar em um teste experimental ou observável. Até esse dia chegar, as consequências de um Multiverso provavelmente permanecerão no reino da ficção científica: onde eles pertencem atualmente. Não há problema em especular, mas se você insistir em atribuir a solução de um problema de física a uma característica não testável do Universo, você está essencialmente desistindo da física. Todos sabemos que os mistérios do Universo são difíceis, mas isso não é motivo para nem tentar encontrar uma solução. O Multiverso é real, mas não fornece a resposta para absolutamente nada.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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