quarta-feira, 31 de maio de 2017

Give Peas a Chance - Dê à Ervilha uma Chance


Olá!

Para (quase) tudo nesta vida
existe um começo,
não é verdade?

Porém, nem sempre conseguimos saber
onde começa esse começo
ou mesmo
o que teria acontecido
ainda antes 
desse começo?
O que causou
este começo?
O começo é uma ação
ou o começo é uma reação?

Talvez possamos pensar
que o começo seria tão ínfimo,
tão ínfimo,
podendo, talvez,
ser explicado
como uma ervilha.
Ou mesmo que essa ervilha
seria ainda zilhões de vezes menor...,
mas suficientemente poderosa
para conter em si mesma
não somente o começo,
como também o meio
e o final...,
e tudo acontecendo
num quase mesmo
aqui-e-agora.

Começo de quê
estamos falando?
De mim? De você?
Sim, de nós!
Do universo!

Tudo acontecendo
em um aqui-e-agora...,
em um bang ?!?
Será?

De que bang
estamos falando?
Um pequeno bang
ou um imenso, astronômico
bang?
Um Big Bang?

O texto que hoje trago a você,
Caro Leitor
- Give Peas a Chance
de autoria de Tom Yulsman -
(Dê à Ervilha uma Chance),
vem comentando sobre estas questões.

Como estes Temas são muitíssimo controversos,
o autor optou por trazer
 no Título do Texto
um tom de trocadilho,
ou seja,
usando a palavra "ervilha" Peas
ao invés de "paz" Peace
- e ambas as pronúncias são similares.

Quer dizer,
o Título pode ser pensado
como Dê à Ervilha uma Chance
quanto
Dê à Paz uma Chance.

De qualquer maneira,
é certamente a "ervilha", Peas,
a imagem usada
para imajar o tema fundamental
sendo comentado
ao longo do Texto:
Como teria começado
nosso universo?

E se a Ervilha
é a atriz principal desse enrêdo,
Neil Turok, Allan Guth e Stephan Hawking
-  mentes brilhantes -
são os atores coadjuvantes.

.......................................

"Muitos cosmologistas estão se perguntando as questões mais profundas sobre como o universo realmente teve seu começo" - diz Alan Guth, um cosmologista do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. "O que ativou o Big Bang?"

.........................................................................................................................

....................... de onde toda a matéria e energia do universo vieram, e o que realmente colocou o BANG no Big Bang? A teoria não verdade a isso não explica. De fato, contrário à crença mais comum, o Big Bang não explica a origem do universo. E também não explica um bang. Alguma coisa teria acontecido antes do Big Bang - para fazê-lo funcionar.

"Apesar da teoria cosmológica clássica ser chamada de Big Bang, a teoria de fato não contém qualquer descrição sobre o "bang", - Guth gosta de dizer. "Ele não propõe uma resposta para a questão sobre o que explodiu (banged) como explodiu (banged) ou o que causou ser explodido (banged). É realmente uma teoria da conseqüência do bang."

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"Bem, é pequeno e arredondado, porém não perfeitamente redondo e tem algumas covinhas (dimples) - alguma coisa como uma ervilha", ............."

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"Uma ervilha bastante especial, certamente. É um milionésimo de trilionésimo de trilionésimo o tamanho de uma ervilha normal. Porém é muitíssimo mais densa do que a matéria comum, de forma que sua massa na verdade seja quase a mesma da ervilha." 

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.......... mesmo se Turok e Hawking possam bem explicar seu instanton de ervilha, ainda nos resta uma questão fundamental não respondida: Como a ervilha apareceu?

Turok e Hawking dizem que não tem sentido responder a esta questão, não existe qualquer "fóra" da ervilha, nenhum "antes" da ervilha. Ela apenas é - um objeto que existe como conseqüência das próprias leis da física."


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O autor do Texto
- que é jornalista -
conclui
indagando:


" Porém, o que criou estas leis?

Turok diz: "Nós não sabemos como criar a física a partir do nada".

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Enfim, Caro Leitor,
retornamos ao princípio de tudo....
E, por esta razão,
recomendo a você
a leitura do Texto,
dando à Ervilha uma chance
ou
dando à Paz uma chance.

Com um abraço estrelado,
Janine Milward

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https://pt.wikipedia.org/wiki/Big_Bang#/media/File:Schematic_diagram_of_the_history_of_the_Universe.jpg
Diagrama esquemático da história do universo.
This diagram depicts the major milestones in the evolution of the Universe since the Big Bang, about 13.8 billion years ago. It is not to scale. The Universe was in a neutral state at 400 thousand years after the Big Bang and remained that way until light from the first generation of stars started to ionise the hydrogen. After several hundred million years, the gas in the Universe was completely ionised.




O texto abaixo é uma tradução literal
 de Janine Milward de Azevedo 
sobre o artigo 
- Give Peas a Chance 
de autoria de Tom Yulsman
antigo editor da Earth magazine 
e editor contribuidor da Astronomy,
professor de jornalismo 
na Universidade do Colorado, em Boulder. 

Texto extraído da revista Astronomy 
em sua edição de setembro de 1999
 - páginas 38 a 46 
com o título de Give Peas a Chance, 
com fotografias de alguns dos cientistas mencionados 
bem como fotografias de galáxias 
e de deep field do nosso universo 
e figuras demonstrativas dos tipos de universo
 e de inflação e do possível multiverso 
que não foram reproduzidas.

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Nota da tradutora
a tradução do Título
não cobre o trocadilho em inglês 
que diz: 
Dê à Paz uma chance.
 - Paz: peace, Ervilha: peas - 
ambos com (quase) a mesma pronúncia.




Give Peas a Chance

(À Ervilha, uma chance)


Poderia um objeto exótico conhecido como o instanton da ervilha ter proporcionado o nascimento do nosso universo?

No começo havia a singularidade - esse pequeno ponto contendo uma imensa densidade que instalou o bang no Big Bang (a explosão da Grande Explosão).

Será que foi assim mesmo?

A singularidade é aquilo que veríamos se o filme clássico do Big Bang e sua subsequente evolução cósmica pudessem retornar ao seu quadro original. Todos os planetas, todas as estrelas, todas as galáxias, toda o gás e toda a poeira intergaláticos, enfim, toda a matéria e energia no universo pudessem retornar para trás no tempo e convergirem até uma infinitamente pequena e infinitamente densa - e singularmente inexplicável - semente (átomo, molécula, partícula). Nesse lugar, todas as leis através as quais os cientistas explicam a natureza, perderiam sua razão de ser.

Como uma teoria da evolução cósmica, o Big Bang é tremendamente bem sucedido. No entanto, resta o profundo enigma da singularidade, e, para os cientistas, uma explicação para a criação edificada sobre o inexplicável não é nada satisfatória.

"O problema que temos é que cada partícula no universo originou-se na singularidade", diz Neil Turok, físico e matemático na Universidade de Cambridge, Inglaterra. "Isso é inaceitável por causa que não existem leis da física que nos digam como essas partículas adviram dali."

Dessa forma, os cientistas estão buscando refinar suas explicações sobre a elementar origem do universo.

"Muitos cosmologistas estão se perguntando as questões mais profundas sobre como o universo realmente teve seu começo" - diz Alan Guth, um cosmologista do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. "O que ativou o Big Bang?"

A procura dessa resposta cresceu de forma ainda mais interessante em 1998, quando Turok e seu colega de Cambridge, Stephen Hawking, anunciaram que eles haviam encontrado uma forma de contornar a singularidade - senão até eliminá-la. Naquele momento, eles afirmaram que tinham chegado a uma simples e entusiasmadora e completa explicação para como o universo começou.

Bem, não tão precisamente. Dentro do modelo da criação de Turok e Hawking, o universo não tem qualquer começo distinto. Ao invés disso, os cientistas propõem uma teoria quântica do começo do universo na qual não existe distinção entre o tempo e o espaço, e nenhum ponto distinto aonde cada qual pudesse ter começado.

Se tudo isso parecer um pouco demais para seus neurônios, considere o objeto primordial microscópico através do qual Turok e Hawking dizem que a curvatura do espaço e tempo aconteceram. Eles denominam isso de "instanton da ervilha". E que extraordinária ervilha é essa, que Turok e Hawking insistem que seja a semente da qual o universo surgiu. Eles corajosamente explicam que não somente todas as leis da física funcionam muito bem dentro do "instanton", como também essas leis na verdade são conseqüências de sua existência.

O "instanton da ervilha" de Turok e Hawking é realmente atraente como uma teoria científica em função de que pode ser testada. A teoria faz predições específicas acerca da natureza do universo que surge a partir do "instanton" - predições que outros cientistas podem checar e ver como elas são acuradas em relação ao universo onde nós realmente vivemos.

"Alguém pode predizer tudo ou qualquer coisa acerca do universo a partir de seu inicial instanton" diz Turok. "Os cálculos são muito precisos."

Porem, certamente essa precisão não garante a verdade. E alguns cosmologistas mais cépticos questionam se o instanton da ervilha realmente é relacionado com algumas das verdades universais.

O cosmologista Andrei Linde da Universidade de Stanford recusa o instanton como uma abstração matemática sem qualquer base clara na realidade. E mais ainda, ele questiona se é até possível explicar como o universo pode ter sido criado a partir do nada.

"Stephen é uma pessoa extremamente talentosa", diz Linde bem cuidadosamente a respeito de Hawking. "Algumas vezes, porém - e essa é minha interpretação - ele confia matematicamente de tal maneira que faz seus cálculos primeiramente e os interpreta mais tarde." Linde entende essa confiança na primordialidade da matemática quase como uma fé religiosa.

"Sabe, essa é como uma ciência esotérica, a criação a partir do nada. Você pode, então, obter suas próprias interpretações e não existe qualquer forma de checá-las. É como se fosse uma religião".

Porém as abstrações matemáticas têm sido a ferramenta de Hawking. E certamente esta não seria a primeira vez em que uma de suas idéias encontrou uma incredulidade inicial apenas para ganhar suporte com o tempo. (Apesar de ser também verdadeiro que algumas das abstrações de Hawking não terem sido checadas).

O Bang no Big Bang

Apesar do enigma da singularidade, a teoria do big bang é inquestionavelmente uma das mais bem sucedidas idéias na história da ciência. Ela predisse precisamente, por exemplo, as quantidades relativas de dois dos mais abundantes elementos no universo, o hidrogênio e o hélio. E também predisse com sucesso que o universo deveria ser preenchido com a energia da microonda (microwave energy), chamada de cosmic microwave background radiation ( Radiação cósmica de fundo em micro-ondas) - o eco atenuador da explosão do big bang. E a teoria claramente explicada de o porquê o universo de hoje em dia se encontrar em expansão: o movimento (a questão) é uma lembrança do começo explosivo do Big Bang.

Porém, de onde toda a matéria e energia do universo vieram, e o que realmente colocou o BANG no Big Bang? A teoria não verdade a isso não explica. De fato, contrário à crença mais comum, o Big Bang não explica a origem do universo. E também não explica um bang. Alguma coisa teria acontecido antes do Big Bang - para fazê-lo funcionar.

"Apesar da teoria cosmológica clássica ser chamada de Big Bang, a teoria de fato não contém qualquer descrição sobre o "bang", - Guth gosta de dizer. "Ele não propõe uma resposta para a questão sobre o que explodiu (banged) como explodiu (banged) ou o que causou ser explodido (banged). É realmente uma teoria da conseqüência do bang."

A descrição baseada no big bang sobre a criação, segundo Guth, simplesmente começa com um foguetório cósmico já pronto e em andamento - uma bola de fogo (fireball) de radiação e partículas expelidas.

E também foi o próprio Guth quem primeiramente ofereceu uma explicação entusiasmadora sobre aquilo que teria dado ignição à bola de fogo. Em 1981, ele publicou um trabalho (paper) sugerindo que o universo primordial tenha experienciado um período de crescimento inflacionário gigantesco. A física dessa teoria do universo inflacionário, como acabou sendo nomeado, é tão bem explicada que mostra bem claramente, e de forma bem fundamentada, como o big bang do universo surgiu, como a matéria foi criada, e porque o universo assim se apresenta.

Como um cientista de partícula (particle physicist) no Linear Accelerator Center em Stanford no final dos anos 70, Guth nunca imaginou que ele faria uma revolução através de uma profunda contribuição ao campo da cosmologia. Porém enquanto estava em Stanford, Guth se encontrava trabalhando com um problema que se situa na interseção entre os dois campos científicos.

Guth focalizou sobre o pequeno, incompreensível e fervente pedaço de tempo-espaço que teria sido o universo primordial. Não havia matéria como a conhecemos hoje neste pedaço - espaço-tempo teriam consistido de vácuo. - embora esse vácuo não fosse realmente vazio. Como um lenço voando ao vento, a fábrica de espaço-tempo dentro do vácuo na verdade é turbilhonada pelos campos quânticos.

Como Guth bem sabia, as teorias unificadas da física das partículas prediziam que o vácuo do universo primordial teria sido dominado por campos energizados particularmente. 

Quando esses campos de quantidade variável ("scalar" fields) flutuavam, suas energias em potencial surgiriam e decaíriam. Guth compreendeu que seria teoricamente possível para a energia em potencial dos campos terem sido temporariamente "agarradas" em um valor maior. Essa era uma premissa. Porém quando Guth trabalhou através de suas implicações, ele derrapou na inflação.

Seus cálculos demonstraram que os fusionados campos de quantidade variável (stuck scalar fields) teriam causado uma pequena bolha de "vácuo falso" (false vacuum) a ser formado a partir do núcleo desde o pedaço primordial de tempo-espaço. Guth viu que isto deveria ter contido uma imensa quantidade de energia antigravitacional. Apesar desta idéia ter parecido como inacreditável, ela está na verdade de acordo com as teorias sobre os padrões das partículas e funciona da seguinte maneira:

Como um vácuo comum contém energia na forma de campos quânticos, a energia gravitacional deve estar presente também. Para se compreender o porquê, devemos recorrer à famosa equação de Einstein, E=mc2. De acordo com a equação, energia ("E") e massa ("m") são realmente duas formas de uma mesma coisa. Portanto, se a matéria exercer uma atração gravitacional também pode a energia fazer a mesma coisa. Em outras palavras, os campos quânticos contenedores de energia de um vácuo comum exerce uma atração gravitacional, mesma que seja bastante fraca.

Mas quando Guth usou as equações da relatividade de Einstein para ver o que aconteceria dentro de uma bolha de vácuo falso, ele viu que a energia gravitacional teria o efeito oposto da gravidade comum. Em outras palavras, essa gravidade empurraria e não atrairia - a verdade é que seria uma poderosa fonte de antigravidade.

Começando com o tamanho de um bilionésimo do próton, a bolha inicial de vácuo falso teria sido levada pela antigravidade a um período inacreditavelmente breve de imenso crescimento. Em dados, em cerca de 10-35 de segundos, a bolha teria crescido até o tamanho de uma bola de basquete. (Alguns modelos de inflação predizem que o universo teria crescido bem maior do que esta medida).

A bolha de falso vácuo teria tido uma outra propriedade também peculiar. De acordo com a teoria das partículas, enquanto a bolha expandia, a densidade da energia interior teria permanecido constante. Para ilustrar este conceito, imagine uma balão inflável. Se a densidade do ar interior ficar mantida uniformemente, a quantidade total de ar deve ser aumentada. Similarmente, para manter a mesma densidade de energia dentro da bolha em expansão, a energia total deve aumentar - e aumentar imensamente em função do fato de que a bolha inflacionada ser expandida gigantescamente.

Inflação para ajudar (inflation to the rescue)

Eventualmente (significando uma pequena fração de segundo) o vácuo falso teria decaído - assim Guth compreendeu. Quando isso aconteceu, a imensa energia que tinha sido acumulada dentro do falso vácuo, teria sido expelida de repente, criando uma bola de fogo explosiva de radiação e partículas quentes.

"A inflação", Guth então conclui, - "supre o começo ao qual a teoria padrão do big bang seria a continuidade".

Porém a teoria da inflação faz ainda mais do que explicar de onde a bola de fogo surgiu. Também ela explica uma qualidade fundamental de nosso universo que se encontra pode detrás do escopo da teoria padrão do big bang. Em síntese, as observações nos mostram que a textura do cosmos é sedosa em todos os cantos porém enrugada em escalas menores. Sua sedosidade é evidenciada pela cosmic microwave background radiation, que parece ter quase exatamente a mesma temperatura através de todo o cosmos. No entanto, qualquer olhada através de um telescópio poderoso revela a rugosidade entre esta homogeneidade: galáxias, aglomerados e superaglomerados.

De acordo com a teoria da inflação, antes da explosão de crescimento gigantesco, o conteúdo do universo estava empacotado junto em um extremamente ínfimo espaço - junto o suficiente de forma a tudo chegar a uma temperatura e densidade uniformes. (na teoria do big bang, o conteúdo do universo estaria por demais apartado para que isto acontecesse). Então, quando o universo inflacionou, as flutuações quânticas espontaneamente enrugaram a fábrica de espaço-tempo.

Estas rugas foram quase que instantaneamente esticadas a tamanhos imensos por causa da inflação e portanto fiaram permanentemente a trama e o urdimento do universo. Após a inflação, as imperfeições formaram regiões de uma gravidade um pouco maior em um fundo inacreditavelmente homogêneo. Isso fez com que a matéria esfriasse em galáxias e aglomerados para pontuar o pano de fundo frio e escuro do cosmos como um colar de diamantes brilhando sobre um vestido preto.

A maioria dos modelos de inflação fazer uma outra significante predição, porém ainda não concluída inteiramente pelas observações astronômicas: a geometria do espaço-tempo deveria ser chata, plana.

Se as observações mostram o contrário - se elas mostram que o cosmos é curvo até alcançar uma geometria de universo "aberto" - então ou a teoria está errada ou os cientistas terão que encontrar uma maneira de alterá-la de forma que a inflação possa produzir um universo aberto

Dever ser difícil imaginar espaço curvo, porém lembremo-nos de que Einstein nos disse que tanto a matéria quanto a energia exercem uma atração gravitacional curvando espaço-tempo como se fosse uma força sugadora. Dessa forma os cometas se atiram em direção ao sol porque eles são atraídos pela força de gravidade de nossa estrela.

A geometria do universo é determinada pela densidade da matéria contida nele (no universo). Se o universo for aberto, a densidade da matéria tem que ser bem pequena para que a força coletiva de gravidade possa suplantar a energia cinética da matéria elastizada enquanto o universo se expande. Nesse caso, a quantidade relativa (ratio) da gravidade em relação à energia cinética, um termo nomeado de "omega", seria de menos 1. A geometria aberta resultante seria alguma coisa como a sela de um cavalo e o universo deveria continuar se expandindo para sempre.

No universo plano predito por vários dos modelos de inflação, o cosmos estaria precariamente entre um geometria aberta e uma fechada (na qual a densidade da matéria seria alta o suficiente para suplantar a expansão do universo). Omega seria igual a 1 dentro de uma parte em 100.000, significando que a gravidade e a expansão seriam, em todos os casos e propostas, iguais. Nesse caso, o universo continuaria expandindo para sempre: a expansão estaria se estacando para sempre té atingir zero.

Inflação prediz a planitude porque, não importando a forma do universo primordial, a enormidade da expansão dirigiria a parte do universo que podemos observar hoje em direção à perfeita planitude. Para se compreender o porquê, imagine uma formiga na superfície de um balão inflável. Enquanto o balão incha até alcançar uma imensidade de tamanho em relação à formiga, a parte da superfície da formiga pode parecer plana, assim como a superfície da Terra parece plana para nós.

Um universo plano ou aberto? (a flat or open universe?)

Muito para o desânimo dos teóricos sobre a inflação, entretanto, a imensa variedade de observações astronômicas indica que a densidade da matéria no universo se situa em algo entre 50 a 80 por cento abaixo daquele requerido para a planitude (e nada próximo daquele requerido para a geometria fechada). Dados estes números, o universo parece bastante aberto.

Porém, no ano passado, teóricos reconquistaram suas esperanças para um universo plano quando novas observações mostraram que a velocidade da expansão cósmica estava acelerando, e não diminuindo como teria sido esperado. Se isso se provar correto, alguma coisa deve estar empurrando a fábrica de espaço-tempo entre si. E esta coisa, segundo muitos cosmologistas acreditam, é uma forma teórica de energia chamada de constante cosmológica.

Sendo a energia equivalente à massa, a energia repulsiva da constante cosmológica hipotética deve, como qualquer massa, manter a gravidade. E se existir precisamente o suficiente desta gravidade, ela deveria balançar os livros: apesar de o universo estar apresentado uma perda de densidade de massa, e portanto também de gravidade requerida para a planitude, a gravidade providenciada pela constante cosmológica deveria fazer toda a diferença.

Em outras palavras, o universo deveria ser plano certamente, e a inflação nos maravilhar, exatamente como Guth e Linde sorririam porque as observações estariam de acordo com suas teorias.

Porém existem alguns "se's" neste cenário, como nos observa cepticamente Turok. A nova informação sobre a expansão cósmica deveria, na verdade, estar errada. E mesmo que estes dados se provem corretos, e que a constante cosmológica exista, sua energia deveria ainda assim adicionar a omega menos que 1, trazendo um universo aberto. E isso significaria problemas para os teóricos da inflação padrão. Isso é exatamente o porquê de Turok e Hawking estarem perseguindo sua teoria: o instanton da ervilha, na verdade, produz um universo aberto através da inflação.

Existem também outras complicações com a inflação. Por exemplo, em suas equações, cosmologistas devem ter à mão um valor bastante preciso para seus campos de quantidade variável que dirija o crescimento exponencial. Sem esta afinação, os campos de quantidade variável se quebram como ondas, e o vácuo falso é chacoalhado em uma efervescente mistura de bolhas de vácuo verdadeiro. Este quadro de universo não se parece em nada com o nosso.

Aos olhos de muitos cientistas tais problemas não invalidaram a teoria básica. Ao contrário, eles aumentaram a criatividade. Cosmologistas propuseram imensa variedade acerca do tema inflacionário original incluindo a inflação híbrida, inflação superestendida e até a inflação "sobrenatural"!.

Talvez a mais profunda variação seja a "inflação eterna", um conceito campeado por Guth, Linde e muitos outros cosmologistas. Guth explica isso da seguinte maneira:

Depois de cerca de 1-30 segundos de inflação, metade da região original do falso vácuo teria decaído em vácuo normal. Porém isso teria feito com que metade do universo ainda continuasse em falso vácuo, significando a continuidade da inflação. Cálculos teóricos (alguns dos quais Turok considera bastante suspeitos) mostram que esta velocidade de inflação na verdade poderia ter sido maior do que a velocidade a qual o falso vácuo decaiu. 

Uma lógica simples, portanto, dita que se algumas áreas estavam inflacionando mais rapidamente do que outras que estavam decaindo, a inflação teria vencido a decaída. E até a data atual, alguma parte do universo ainda deve estar continuando a inflacionar. Em outras palavras, uma vez que a inflação tem o seu começo, ela é eterna.

Se isto for correto, nós vivemos numa região na qual o falso vácuo decaiu, fazendo acontecer o universo do big bang padrão. Porém outras áreas do universo devem ainda estar inflacionando. E se a proposta advinda de Linde chamada "inflação caótica" estiver correta, haveria ainda outras áreas nas quais a inflação nunca de verdade aconteceu.

O resultado seria uma gigantesca, multifacetada (fractal), multicelular entidade chamada de multiverso. Nesta teoria, nosso universo teria nascido como uma bolha pequena do espaço-tempo que inflacionou advinda de uma pre-existente região. Essa região, por seu lado, inflacionou advinda de uma anterior, e daí em diante até a linha aonde o nascimento original do espaço-tempo - as origens primordiais do universo - teriam ocorrido há tanto tempo que não teria sentido se perguntar como isto aconteceu.

Nosso universo poderia então ser um componente a mais do multiverso, que tem crescido através uma série de Big Bangs por muito mais tempo do que nossa pequena região dentro da totalidade multiversal. E continuará a crescer eternamente.

A origem definitiva  (the ultimate origin)

Tão poderosa quanto a teoria da inflação parece ser a resolução dos muitos mistérios da criação e ainda permanece um problema fundamental em sua essência: a malfadada singularidade.

Esse é o porquê Turok tem procurado por uma explicação alternativa. Sua pesquisa se construi em trabalhos começados no começo dos anos 80 por Hawking e Jim Hartle, um cosmologista da Universidade da Califórnia, em Santa Barbara.

Em 1983, Hartle e Hawking usaram uma abordagem matemática chamada de "passo integral" (path integral) para calcular as probabilidades de que o universo tenha começado numa variedade de diferentes maneiras. Num sentido, Turok diz, esta abordagem "usa as leis da física para definir seu próprio ponto iniciador."

O que veio à tona foi uma proposta chamada de hipótese "sem-fronteira" (no-boundary). Esta pode ser imaginada com uma pequena ajuda de uma forma geométrica simples: um cone.

Imagine que o cone representa a evolução do universo. O tempo corre acima do lado do cone, enquanto o espaço corre em torno do cone. Enquanto você vai andando para cima em direção ao tempo), a largura do cone (espaço) aumenta. A origem do tempo e do espaço seria o ponto no fundo. No modelo do big bang tradicional, esta seria a singularidade.

Porém na física quântica, não existe tal coisa como um ponto preciso - existe uma dúvida em relação a isto. Para visualizar, imagine que o ponto é circundado. (imagine uma aproximação da ponta de uma caneta esferográfica). Esta é justamente aquilo que Hartle e Hawking em seu passo integral predisseram como a configuração mais aproximada para o universo em seu nascimento. Mais do que a dimensão do tempo (cima do lado do cone) começando em um ponto distinto, ele surge a partir da dimensão do espaço (em torno do cone). E como não existe qualquer ponto na superfície de uma esfera aonde algum possa dizer que a esfera "começa", não existe um ponto distinto no hemisfério, rodeado do lado de fora e de baixo do cone aonde o tempo e o espaço começam. Não existe simplesmente qualquer ponto de começo e não existe qualquer distinção entre espaço e tempo - ou mesmo entre passado e futuro.

Na essência, Hartle e Hawking propuseram que o universo inflacionou a partir do fundo do cone. Porém existia um problema: Hartle e Hawking poderiam completar seus cálculos do passo integral usando uma classe de teoria da inflação que produzisse somente um universo fechado. De acordo com o que as observações atuais sugerem que o universo seja ou aberto ou plano, o modelo de criação de Hartle e Hawking leva a uma forma diferente do universo no qual vivemos.

A idéia the não-fronteira permaneceu até 1998 quando Turok começou a se encontrar com Hawking para o chá da tarde em discussões acerca dos modelos de inflação que poderiam produzir um universo aberto.

Turok vem procurando por uma teoria de inflação aberta desde a metade dos anos 90. Trabalhando com Martin Bucher de Cambridge e Alfred Goldhaber da State University de Nova York em Stony Brook, Turok e seus colegas perceberam que a uma dose dupla de inflação, na qual uma bolha universal forma dentro de uma bolha maior, poderia ser o fio da meada. Estranhamente, os cálculos mostram que o espaço dentro do interior da bolha inflacionária, que corresponderia ao nosso universo, é geometricamente aberto.

Porém como Turok nos diz, este cenário é simplesmente muito "barroco". E mais ainda, ele não descreve de onde os primeiros campos de direcionamento inflacionário vieram (as condições iniciais), nem o porquê de necessariamente ter havido dois tempos de inflação.

Durante o chá, Hawking sugeriu que poderia ser possível resolver estes problemas modificando a idéia de não-fronteira que ele havia desenvolvido com Hartle para produzir um universo de bolha aberto com um tempo somente de inflação. Tal teoria poderia vastamente simplificar as coisas e explicar as condições iniciais para a inflação - significando não mais do que as condições iniciais do universo em si mesmo.
"Isto foi uma verdadeira surpresa", Turok rememora. Ele decidiu tomar para si o desafio de Hawking.

A primeira tentativa de Turok para encontrar uma solução foi desapontadora, ele diz, porque a abordagem do passo integral apontava a inflação aberta a partir do "cone" sem-fronteira de Hartle e Hawking. A razão: infinitas quantidades de energia seriam produzidas.
"Quando eu trouxe esta idéia ao Stephen, ele disse: "Espere, você não incluiu a energia gravitacional" - relembra Turok.

Uma vez mais, desde que a energia é equivalente à massa, a energia coloca em uso um campo gravitacional. A gravidade, por seu lado, possui uma característica especial: sua energia é negativa. Em outras palavras, energia positiva infinita produziria uma perfeitamente balanceada infinita energia negativa. Colocando tudo isso em cálculos, Turok e Hawking então compreenderam que o modelo de não-fronteira deveria produzir um universo inflacionário aberto - e sem qualquer inflação duplicada. De fato, os cálculos do passo integral mostraram que tal universo era o mais provável universo.

Nenhuma vagem para esta ervilha (no pod for this pea)

Como poderia ser este novo modelo de criação? Turok e Hawking imaginaram isso através da matemática. Porém, quando Turok tentou descrever o trabalho para um artigo no jornal britânico, The Sunday Times, o jornalista pediu uma descrição física. "Você poderia pensar em alguma coisa que pudéssemos fazer uma imagem", o repórter insistiu.

"Bem, é pequeno e arredondado, porém não perfeitamente redondo e tem algumas covinhas (dimples) - alguma coisa como uma ervilha", Turok replicou.

O repórter pulou quando ouviu isso e disse: "okey, é uma ervilha" - relembra Turok.

Uma ervilha bastante especial, certamente. É um milionésimo de trilionésimo de trilionésimo o tamanho de uma ervilha normal. Porém é muitíssimo mais densa do que a matéria comum, de forma que sua massa na verdade seja quase a mesma da ervilha. 

Espaço e tempo são fusionados juntos na ervilha de tal forma que a metade "do fundo" seja como a ponta arredondada do cone no modelo original de não-fronteira de Hartle e Hawking. Aqui novamente, o tempo advém da geometria do espaço e não existe um começo distinto de qualquer um dos dois.

Quando Turok e Hawking trabalharam nos cálculos descrevendo esse objeto criado de forma notável, eles perceberam com surpresa que um universo aberto inflacionário surgiu instantaneamente (por isso o nome "instanton") do "topo" da ervilha.

Essas pequenas covinhas (dimples) na superfície da ervilha que Turok havia descrito ao repórter estão lá por uma razão. Elas na verdade são a representação física das flutuações quânticas que invadiram a fabrica de espaço-tempo. E quando o instanton da ervilha surgiu como um universo, estas imperfeições formaram uma espécie de padrão cósmico no qual o tapete do universo é tecido.

O universo, conclui Turok com encantamento, "surge a partir de uma fórmula e de forma maravilhosa".

Para Turok, parte da beleza da fórmula repousa em sua simplicidade e economia. "Certamente, eu penso que esta seja a mais simples forma de se começar o universo!" - diz Turok. E para ele e para muitos outros cientistas, a simplicidade e economia são as maiores virtudes. De fato, enquanto os cientistas buscam ir mais e mais atrás no tempo, perto da criação, eles percebem que a física que descreve o universo em seus tempos primordiais se torna mais e mais simples.

Porém a teoria do multiverso, Turok nota, corre ao inverso dentro da extensão crescente de simplicidade das explicações físicas sobre a origem do universo. O multiverso é uma entidade profundamente complexa. De fato, seus proponentes dizem que as leis da física deveriam ser diferentes para cada ramo da árvore. Isto significa que não seria jamais possível se entender como outras partes do multiverso funcionam - e não poderia ser jamais possível alcançar uma singular e econômica teoria de tudo, argüi Turok.

Assim, sua preferência recai sobre aquilo que ele denomina de "tiro-único" de universo com "um começo e um Big Bang". Um universo exatamente igual aquele produzido pelo instanton da ervilha.

Não é a xícara de chá de todos (not everyone's cup of tea)

Porém alguns cosmologistas dizem que existem falhas fatais no instanton acarinhado por Turok e Hawking. Para começar, os críticos dizem que os cientistas de Cambridge não eliminaram a singularidade inteiramente: ela sobrevive como um ponto singular dentro do instanton primordial.

Existem outras criticas também. Linde diz que o instanton da ervilha faz surgir um universo que é aberto por demais. A densidade da matéria é muito lenta, na verdade, e de tal forma que as galáxias seriam poucas e bem distantes umas das outras; mesmo usando o Telescope Espacial Hubble nós não poderíamos ver outra galáxia além da nossa.

E mais ainda, em explicando como o universo poderia ter surgido do nada, o instanton da ervilha usa a idéia do "afunilamento quântico" (quantum tunneling) - Linde diz. Na linguagem matemática da física quântica, o afunilamento descreve como uma partícula ou um campo pode mover-se de um lado de uma aparente insuperável barreira para outro sem na verdade passar por cima ou através da barreira em seu sentido clássico. Da forma que Linde vê isto, o instanton de Turok e Hawking descreve a origem do universo como um evento de afunilamento quântico de um estado do nada para um estado de existência.
"Isto é como criar um átomo de hidrogênio do nada. Eu não posso justificar isso. Eu não posso entender isto," Linde lamenta.

Turok replica que Linde não compreende o que ele e Hawking fizeram. "Não é afunilamento." - insiste Turok. O instanton da ervilha não é, não verdade, criado a partir do nada. "Nada" simplesmente não tem sentido neste contexto. O instanton, significando o universo em seu nascimento, apenas é. Em essência, a teoria mostra como as leis da física fazem sua existência inevitável.

"Realmente é uma coisa muito única e eu não penso que isto seja bem compreendido" Turok diz.

O fato de o universo do instanton da ervilha ser muito aberto, Turok concorda. Porém ele permanece firme em sua posição. "O fato de que seja incorreto pelo fator de 30 é encorajador porque os cálculos foram feitos com um modelo simples e ainda assim não estão tão longe de estarem corretos". Então para Turok, o fato de que o universo do instanton da ervilha ser muito aberto é simplesmente causado opor posterior espalhamento.

Finalmente, a singularidade que sobrevive dentro do instanton é, em suas palavras, "tão modesta que, como a singularidade no campo elétrico no centro de um átomo de hidrogênio, podemos ainda calcular as propriedades quânticas do universo sem quaisquer ambigüidades".

Ele diz que "não existem singularidades dentro dos buracos negros, ainda que nós não duvidemos que os buracos negros existam." Portanto, apenas porque existe uma singularidade dentro do instanton isto não significa que o modelo seja jogado fora. "A presença da singularidade simplesmente nos diz que não sabemos o que estamos fazendo lá", Turok diz. "é ainda possível que a física além da singularidade seja ótima."

"Eu gosto de dizer que aquilo que nós fizemos é deixar de lado a singularidade mais do que evitá-la totalmente." conclui Turok. "Nós encontramos uma maneira de viajar para trás até o começo do tempo e de viajar contornando a singularidade".

O tempo dirá se ele e Hawking foram bem-sucedidos. Dois novos satélites, Microwave Anisotropy Project em missão da NASA e o Planck Surveyor da European Space Agency, listados para serem lançados no começo do próximo século (século XXI), deverão estar prontos para testar sua teoria procurando por evidencias das flutuações quânticas - os dimples - preditos pela teoria do instanton da ervilha.

Naturalmente, mesmo se Turok e Hawking possam bem explicar seu instanton de ervilha, ainda nos resta uma questão fundamental não respondida: Como a ervilha apareceu?

Turok e Hawking dizem que não tem sentido responder a esta questão, não existe qualquer "fóra" da ervilha, nenhum "antes" da ervilha. Ela apenas é - um objeto que existe como conseqüência das próprias leis da física.

Porém, o que criou estas leis?

Turok diz: "Nós não sabemos como criar a física a partir do nada".

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Tom Yulsman, antigo editor da Earth magazine e editor contribuidor da Astronomy, é um professor de jornalismo na Universidade do Colorado em Boulder.

Texto extraído da revista Astronomy em sua edição de setembro de 1999 - páginas 38 a 46 com o título de Give Peas a Chance, com fotografias e figuras que não foram reproduzidas
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 O texto acima é uma tradução literal de Janine Milward de Azevedo sobre o artigo - Give Peas a Chance - de autoria de Tom Yulsman, antigo editor da Earth magazine e editor contribuidor da Astronomy, é um professor de jornalismo na Universidade do Colorado em Boulder. Texto extraído da revista Astronomy em sua edição de setembro de 1999 - páginas 38 a 46 com o título de Give Peas a Chance, com fotografias de alguns dos cientistas mencionados bem como fotografias de galáxias e de deep field do nosso universo e figuras demonstrativas dos tipos de universo e de inflação e do possível multiverso que não foram reproduzidas.


Com um abraço estrelado,
Janine Milward