E Numa Questão de Probabilidades Nasceu o Universo

A mecânica quântica apresenta a previsão de que a matéria se produz constantemente a partir do nada. A Lei de Lavoisier aplica-se também aqui. Pares de partícula e anti-partícula aparecem espontaneamente para, depois, colidirem e anularem-se. No fim, nada se perde, nada se cria e fica tudo na mesma.

Em 1974, Stephen Hawking fez a previsão teórica de que se isto acontecesse em cima do horizonte de eventos de um buraco negro, uma das partículas seguiria viagem para fora, em nossa direcção e outra cairía no buraco negro. A observação dessa partícula foi chamada de radiação de Hawking.

“Até agora não havia maneira de medir esta radiação (…) mas um grupo de cientistas conseguiu criar uma maneira de aprisionar e puxar uma das partículas para  simular a queda para dentro do buraco negro. (…) Isso criou fotões dentro das frequências previstas pela teoria. (…) Apenas da indeterminação nasce matéria.”. (cróica de ciência)

Uma das características do mundo quântico é que as suas oscilações energéticas surgem por aleatoriedade e não requerem qualquer causa externa, pelo que Hawking explica que “a criação espontânea é a razão porque há algo em vez do nada”.

Ao olhar para longe no espaço, e para trás no tempo, reparamos que os corpos e algomerados celestes parecem se agrupar num ponto. Nos 10^-43 segundos, que é o tempo de Plank – período de tempo mais curto possível de calcular -, é o momento mais jovem possível de alcançar. Isto porque mais cedo do que isso a curvatura, a pressão e a temperatura do Universo primordial atingem valores na ordem do infinito. Além disso a distância entre partículas desce até zero. A isto se chama de singularidade e ocorre, também, em buracos negros.

Para ultrapassar a singularidade é necessário unir a teoria da gravitação, de Einstein e a teoria quântica numa teoria de gravitação quântica. Ou mais bonito: a Teoria de Tudo.

Alexander Vilenkin, professor de física, criou um modelo do Big Bang em que o “Espaço foi criado por um processo quântico (…) ao qual chama de túneis no tecido do espaço-tempo”. “A condição inicial (…) é a de um Universo com um raio em colapso” – nenhum Universo. Depois do Big Bang iniciou-se a inflação movida pelo campo chamado inflatão.

Vilenkin descobriu que “a expansão pode terminar em determinados locais da bolha primordial”. “Segundo este modelo existe uma rede de universos interligados que se expande até ao infinito e do qual surgem sempre novos universos” mas que nunca poderão ser comprovados.

Outra ideia, defendida por John Richard Gott e por Li-Xin Li, é de que “o Espaço-tempo é (…) um ramo do qual sai uma haste que se torna na raiz do próprio ramo. O loop temporal [por ser um sistema de gravidade em loop] teria apenas um “comprimento de Plank”, de 10^-35 metros.

Em 1988 Richard Feynman elaborou um diagrama – diagrama de Feynman – no qual previu o comportamento das partículas subatómicas. Hawking e James Hartle desenvolveram as teorias de Feynman e analisaram a soma dos caminhos percorridos pelos fotões desde o início até ao fim da sua trajectória – ao que se chama de Estado de Hartle-Hawking.

Neste momento vemos mais uma curiosidade da teoria quântica: “partículas elementares podem existir simultaneamente em vários estados, que se sobrepõem” que, ao serem observadas, “decidem-se” pelo seu estado. Isto leva-nos a responder que as histórias com menor probabilidade corresponderão a outros universos.

Hawking aposta na teoria de cordas como a candidata para a unificação da física e, por conseguinte, para a Teoria de Tudo. A teoria de cordas contempla partículas com 10^-33 centímetros e que podem vibrar num espaço de 10 dimensões. Nesta teoria tem lugar um elemento crucial para a unificação: o gravitão, responsável pela transmissão da força da gravidade.

Via New Scientist:
http://www.newscientist.com/article/dn19508-hawking-radiation-glimpsed-in-artificial-black-hole.html

Sobre a mecânica quântica:
http://cronicadaciencia.blogspot.com/2010/09/sobre-mecanica-quantica.html

Focus Magazin, Michael Odenwald

Crónica de Ciência, "Criação a Partir do Nada e Radiação de Hawking"