Adeus Big Bang, olá buraco negro!

sábado, fevereiro 01, 2014

Uma estrela a quatro dimensões colapsou para um buraco negro a três dimensões e fê-lo expelir as entranhas? Esta é a mais recente especulação sobre a proto-história do nosso universo. Sabia que a singularidade da teoria do big bang está a passar de moda?

Deitados de costas no terraço, numa noite especialmente estrelada. Diz o miúdo: «Ó mãe, o céu tem fim?» Resposta: «Não sabemos.» Longa pausa. E, de novo, o miúdo: «Nenhum animal sabe? Nem os cães?» Resposta: «Não, nenhum sabe.» Pausa ainda mais longa. «Era mesmo bom se soubéssemos...» A mãe não resiste, e pergunta: «Então, e para quê?» E, ele, muito sério: «Olha, para depois contarmos aos cães!»
Em 1981, no prefácio a Um Pouco Mais de Azul, um dos mais criativos, acessíveis e poéticos livros de divulgação científica sobre a história do universo, o astrofísico Hubert Reeves foi cabal. «O universo ultrapassa-nos desmedidamente. Em todos os planos. Não devemos portanto fazer cerimónia. A aproximação mais frutuosa é por vezes a mais infantil — o que não quer dizer a mais acriançada.» Tinha razão. Passaram-se 98 anos sobre a publicação da teoria da Relatividade Geral, de Einstein, uma das bases para a formulação da teoria do big bang. Sabemos hoje bastante mais sobre o que se terá passado depois daquela explosão que há cerca de 15 mil milhões de anos expeliu todo o espaço e toda a matéria. A nossa Galáxia é composta por mais de mil milhões de estrelas dispersas. Juntas, elas formam um disco com cem mil anos-luz de diâmetro e cinco mil anos-luz de espessura. A mais velha imagem do universo, captada em 1992 pelo satélite Cobe da Nasa, mostra uma radiação fóssil emitida 300 mil anos após o big bang.
Mas, e antes do big bang? Entre nós e esse antes, está o muro do tempo zero. «Olhando para “longe”, vemos o “cedo”.» Para lá, haverá só mesmo dragões e imaginação delirante?
A mais recente teoria sobre a pré-história da origem do universo foi proposta em meados de Setembro último. O paper intitula-se «Out of the White Hole: A Holographic Origin For the Big Bang». Foi escrito por Razieh Pourhasan, Niayesh Afshordi e Robert B. Mann, do departamento de Física e Astronomia da Universidade de Waterloo e do inovador Instituto Perimeter de Física Teórica, Ontário, Canadá. Está em apreciação pelo JCAP (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics) e acessível no site da Cornell University Library. É um desenvolvimento do modelo de gravidade DGP (2000, físicos Gia Dvali, Gregory Gabadadze e Massimo Porrati). Segundo este, o nosso universo a três dimensões (3D) encontra-se suspenso como uma espécie de membrana (ou p-brana) de um universo maior, com quatro dimensões (4D) espaciais.
Vamos por partes. Primeiro, o básico sobre a informação espacio-temporal. Os sentidos humanos só são capazes de percepcionar três dimensões longas e compridas de espaço (esquerda-direita; cima-baixo; frente-trás – latitude, altitude e longitude). Estas são as 3D da nossa experiência comum, verificáveis por experiência direta. A elas, Einstein juntou uma quarta dimensão, de tempo (futuro-passado). Em 1919, numa carta enviada ao próprio Einstein, o matemático polaco Theodor Kaluza fez uma sugestão curiosa. O tecido espacial poderia ter uma quarta dimensão, esta de espaço: estendida e enrolada. Porque esta dimensão é circular e (impossivelmente) minúscula («semelhante aos pequenos laços circulares de fio que constituem a espessura de uma carpete muito bem tecida», Brian Greene), não é detectável nem pelos instrumentos mais sofisticados. Ainda que seja impossível visualizar-se o que vem a seguir, passemos à etapa seguinte.
A recente proposta dos três astrofísicos é de uma audácia (ou alucinação) inusitada. O tal universo maior conteria estrelas a 4D. Após explodirem, as camadas internas dessas estrelas colapsam e formam buracos negros 4D. Então, estes buracos negros ejectam detritos das camadas exteriores — o comportamento assemelha-se ao ciclo de vida das estrelas massivas 3D que, no nosso universo, sofrem colapsos gravitacionais pelo esgotamento da reserva de hidrogénio e explodem como supernovas, enquanto as camadas internas se transformam em buracos negros.
E, agora, atenção para o mais importante: o universo em que vivemos poderá advir de detritos ejectados após a implosão de uma dessas estrelas 4D para um buraco negro. Assim, o nosso universo pode ser como uma película 3D composta por aqueles detritos.  Formou-se em redor da superfície-limite-fronteira 3D (o chamado horizonte de eventos, que separa o que está dentro e o que está fora) em expansão desse buraco negro. E é por ser resultante de um universo 4D que o nosso universo estranhamente possui uma temperatura mais ou menos uniforme. Suposição revolucionária? Ficção científica? Puro delírio? Talvez sim. Talvez não.
Em poucos dias, esta proposta dos astrofísicos Pourhasan, Afshordi e Mann fez que se escrevessem artigos em todo o mundo. Entusiasmou sobretudo os leigos, já que os especialistas, esses, a encaram genericamente como apenas mais uma especulação. Explica o físico, professor universário, divulgador e ensaísta Carlos Fiolhais: «Um buraco negro a quatro dimensões a colapsar para um big bang  a três dimensões do nosso universo? Se é verdade, provavelmente nunca o saberemos. O big bang é o fim da nossa Física; não sabemos e provavelmente nunca saberemos o que estava antes, por ser impossível obter informação. Mas é interessante e até divertido especular: o nosso big bang  é um buraco branco (fonte de matéria e energia) que seria o outro lado de um buraco negro, perdendo-se uma dimensão nesta passagem pelo túnel do tempo.»
Num episódio recente da série Horizon da BBC, intitulado The Ultimate Guide to Black Holes, perguntou-se a vários cientistas e divulgadores: De que são feitos os buracos negros? Todos ficaram, hilariantemente, sem palavras... menos Ramesh Narayan, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, que disse, sem rodeios: «Amo os buracos negros porque não os compreendo.»
Nas últimas três décadas, ou seja, desde a formulação da teoria da inflação cósmica, nenhuma das propostas vindas da Astrofísica, da Astronomia, da Cosmologia, da Física Teórica ou da Mecânica Quântica constituiu um progresso ou um contributo revolucionário na física fundamental. Isto não exclui que, como Jorge Buescu defende em relação à Matemática (em Casamentos e outros Desencontros), não representem «uma intensa aventura intelectual, com os seus altos e baixos, momentos de desânimo e descobertas, frustrações e epifanias». É por isso muito pouco defensável que qualquer cidadão do século XXI que se diga informado olhe para as novidades científicas como algo reduzido ao absurdo por mera ignorância própria. E que não procure conhecer os princípios básicos, a evolução e os contributos de cada uma das disciplinas.
Para o leitor exclusivo de livros em português, a coleção «Ciência Aberta» da Gradiva é (quase) o único antídoto contra a ignorância nestas matérias (pertencem-lhe todos os títulos aqui referidos). Criada há 31 anos por Guilherme Valente e com mais de 200 títulos, é hoje dirigida por Carlos Fiolhais. É ele que define o futuro da coleção: «Procurarei trazer as últimas novidades do cosmos, contadas em primeira mão pelos melhores cientistas e escritores. E desejo que apareçam cientistas portugueses com talento para a escrita. Nestes trinta anos a ciência teve uma espécie de big bang entre nós, havendo hoje investigadores nacionais de muito mérito de quem aguardamos a escrita.» Fica feito o convite.
Regressemos àquelas novidades muito lisonjeiras para o papel desempenhado por um buraco negro antes do primeiro milésimo de segundo do nosso universo. Ou seja, antes do big bang. A hipótese corresponde ao fim da física e da cosmologia ou marca uma nova concepção da ciência? Eis a questão.
Para início de viagem, Albert Einstein e Leopold Infeld aconselham-nos, em A Evolução da Física: «O grande romance policial do universo está ainda sem solução. E nem sequer podemos afirmar que comporte uma solução. A sua leitura já nos deu muito; ensinou-nos os rudimentos da língua da natureza; habilitou-nos a apreendermos numerosos fios da meada e tem sido uma fonte de excitação e deleite na difícil marcha da ciência [...] o cientista que lê o livro da natureza tem de achar a solução por si mesmo; não pode, como o impaciente leitor de novelas, saltar as páginas para ver o desfecho.» No entanto, é preciso aceitarmos que, se seguir apenas uma estratégia metódica, o físico moderno desemboca num beco sem saída... a uma distância gigantesca da idade de ouro da física (segunda metade do séc. XIX), quando o universo se apresentava ainda como eterno e praticamente imutável.
Em Big Bang: A descoberta científica mais importante de todos os tempos e porque precisa de a conhecer (2004), Simon Singh (doutorado em física de partículas, ex-produtor da BBC e divulgador importante) abriu-nos o caminho. Ali, percebermos de uma forma extremamente acessível a história das ideias, técnicas, observações e evidências científicas sobre a origem e evolução do Universo até ao modelo do big bang, cenário cosmológico padrão e paradigma científico ainda dominante. No final de cada um dos cinco capítulos, somos até presenteados com esquemas de sistematização da matéria dada. Mas, Singh coloca-nos no nosso devido lugar, lá para o epílogo: «A verdade é que, embora exista vida na Terra há alguns milhares de milhões de anos, a espécie humana tem escassas centenas de milhares de anos de idade. Para dar uma ideia mais concreta, se representarmos a história do universo por uma linha que vá de uma mão à outra de uma pessoa com os braços abertos, a história da humanidade seria ínfima ao ponto de se poder apagá-la com uma única passagem de uma lima de unhas.»
Numa tira de banda desenhada de Bill Watterson, Calvin diz a Hobbes, referindo-se aos defensores da teoria do big bang: «São um punhado de empiristas a tentar descrever coisas inimaginavelmente fabulosas.» Será um exagero, claro, porque este modelo cosmológico deriva de experiências de laboratório e observações do cosmos, de provas concretas. Mas os limites da sua validade evidenciam-se quanto mais se torna indecifrável o problema da singularidade inicial. Os adeptos do big bang procuram explicar como o cosmos evoluiu a partir de um estado (ou região) inicial, quente, denso e compacto. Mas, e antes? E antes?
No final da equação, Einstein desembocou no infinito. Sabemos hoje que toda a massa de um buraco negro está contida num ponto infinitamente pequeno, sem qualquer espaço e com densidade e gravidade infinitas. Este ponto chama-se singularidade e será um estado não-físico, ou seja, pré-espaço-tempo. Foi o que encontrámos à medida que nos movemos para trás até ao big bang. O estado inicial de densidade e temperatura infinitas não pode ser matematicamente tratado, como bem nos explica o cosmólogo e poeta brasileiro Orfeu Bertolami (um dos poucos físicos a trabalhar na teoria da relatividade geral e do campo unificado em Portugal) no seu O Livro das Escolhas Cósmicas (2006).
Uma temperatura pré-big bang na ordem dos cem triliões de triliões de graus e um universo milhões e milhões de vezes menor do que um átomo no instante 10-43 segundos após o big bang: eis o chamado «muro de Planck», «a fronteira imposta à nossa marcha de exploração do universo antigo» (H. Reeves, Crónica dos Átomos e das Galáxias, 2007). Eis a noz, o busílis embaraçoso perante o qual a física dobra os joelhos.
«Não se pode imaginar um começo a partir do nada. Os cientistas deviam refletir no problema lógico que se põe quando discutem», defendeu Edgar Morin. A relatividade de Einstein revelou-se incompatível com a mecânica quântica (para saber o essencial sobre a teoria de supercordas, leia-se O Universo Elegante, de Brian Greene, de 1999, revisto em 2003). O estudo do infinitamente grande colidiu com o estudo do infinitesimalmente pequeno e provocou um colapso parcial das duas teorias. O modelo do big bang pode ser válido, mas está incompleto. Corremos o risco de regressar à escolha entre a génesis e a eternidade. Como refere Simon Singh, estamos embrulhados num dilema já identificado por Santo Agostinho no séc. IV: «Que fez Deus antes de criar o universo? Antes de criar os Céus e a Terra, criou o Inferno para quem faz perguntas como essa.»
Lee Smolin, físico teórico, também com formação em filosofia, assegura-nos que nas duas últimas décadas mais não fizemos no campo experimental do que «descobrirmos que os neutrinos têm massa e que o universo é dominado por uma energia escura misteriosa que parece estar a acelerar a sua expansão». Quanto a um maior conhecimento das leis da natureza: nada, nenhum progresso real. Trata-se de uma declaração de guerra à teoria das cordas e, compreensivelmente, o ensaio chama-se O Romper das Cordas: Ascensão e queda de uma teoria e o futuro da física (2006).
Smolin garante-nos que, afinal, a grande esperança da física nos últimos anos nem sequer é uma teoria, «mas sim uma imensa compilação de cálculos aproximados» e de conjeturas. A teoria das cordas nunca foi realmente escrita, não possui princípios fundamentais e implica o uso de uma linguagem por inventar. Mais, ela cinde a comunidade científica e ata as mãos dos investigadores mais céticos («tem uma posição de tal forma dominante nas instituições académicas que, se um jovem físico teórico não escolher esse campo, está praticamente a desistir da sua carreira»). No limite, está comprometido o futuro da física teórica. De acordo com Smolin, perante uma total impossibilidade de teste, temos de aceitar a necessidade de correr riscos. A ciência tem de se abrir a formas não-pragmáticas. E inaugurar uma era pós-cordas.
Michio Kaku é o autor do indispensável ensaio de divulgação O Cosmos de Einstein (2005), no qual explica a relatividade restrita e geral e as aspirações do criador de E = mc2 a uma teoria física unificada. No documentário acima referido, Kaku suspira e diz: «Algo está radicalmente errado. A natureza é mais esperta do que nós.» Então, se não podes vencê-la, junta-te a ela. A opção parece infantil, mas tem cada vez mais adeptos. Robert B. Laughlin (Prémio Nobel da Física, colectivo, em 1998), assume-se um deles, em Um Universo Diferente: Reinventar a Física na Era da Emergência  (2005).
«Poderíamos chamar a esta tese o fim do reducionismo (a crença de que as coisas são necessariamente clarificadas quando divididas em componentes mais pequenas), mas isso não seria absolutamente correto. […] O que desejo não é impugnar o reducionismo, mas sim pô-lo no seu lugar no grande esquema das coisas.» Temos obrigatoriamente que retroceder para não ficarmos encurralados em teorias exclusivamente matemáticas e que não podem ser verificadas experimentalmente. Segundo Laughlin, é urgente concentrarmo-nos de novo nos fenómenos organizativos da natureza (como as condições meteorológicas). Gerais e poderosos, o seu carácter primitivo «demonstra que são certamente controlados por leis microscópicas, mas também, paradoxalmente, que alguns dos seus aspectos mais sofisticados são insensíveis aos pormenores dessas leis». Aceitando a superioridade da natureza, poderemos ditar o fim do poder absoluto da matemática. Em vez de nos acharmos mestres do universo através da microscopia, admitiremos a impossibilidade de compreender tudo e acolheremos em grande o universo como nosso mestre. Pelo caminho, talvez até se una a ciência à poesia.
E por que não admitir-se nas matérias científicas um lugar para o lirismo, para um universo imperfeito, assimétrico e acidental (ler Criação Imperfeita, do físico teórico brasileiro Marcelo Gleiser, Temas e Debates, 2010) ou para as hipóteses mais especulativas? O universo em que vivemos poderá advir de detritos ejectados após a implosão de uma dessas estrelas 4D para um buraco negro? Talvez sim. Talvez não. «Por vezes, as sugestões que parecem patetas, são mesmo simplesmente patetas. Outras vezes, abalam as fundações da física», defende Brian Greene.

Somos em parte pó de estrelas. Não tememos quando olhamos o céu estrelado. Se calhar, é porque ao longe nos reconhecemos. Somos capazes da confirmação experimental e da demonstração matemática mais inimagináveis, mas todas elas ficam muito para lá do poder da imaginação. Somos criaturas cósmicas que se encontram hoje como no poema Quase de Mário de Sá-Carneiro, na origem do título português do ensaio de Hubert Reeves: «Um pouco mais de sol - eu era brasa. / Um pouco mais de azul - eu era além. / Para atingir, faltou-me um golpe de asa... / Se ao menos eu permanecesse aquém...»

LER / Dezembro 2013
© Filipa Melo (interdita reprodução integral sem autorização prévia)

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