Fábulas da Ciência

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Eis aqui, a título de exemplo, três imaginativas hipóteses de trabalho — “fábulas científicas” — apresentadas por cientistas altamente respeitados. As três receberam séria atenção na comunidade científica, mesmo que sejam surpreendentes como descrições do mundo real.

10¹¹¹ UNIVERSOS
E m 1955, o físico Hugh E verett apresentou uma explicação fabulosa do mundo quântico (que serviu, subseqüentemente, como base para Time line , um dos romances be st-se lle rs de M ichael Crichton). A “hipótese dos universos paralelos” de E verett se refere a uma enigmática descoberta da física quântica: enquanto uma partícula não for observada, medida ou ficar sujeita a qualquer tipo de interação, ela se encontrará num estado curioso, que é a superposição de todos os seus estados possíveis. N o entanto, quando a partícula é observada, medida ou quando fica sujeita a uma interação, esse estado de superposição se resolve: a partícula passa então a ocupar um único estado, como qualquer coisa “ordinária”. Como o estado de superposição é descrito em uma função de onda complexa associada com o nome de E rwin Schrödinger, quando o estado sobreposto se resolve se diz que a função de onda de Schrödinger “colapsa”.

O problema é que não há nenhuma maneira de dizer qual dos muitos “estados virtuais” possíveis a partícula irá então ocupar. A escolha da partícula parece indeterminada — inteiramente independente das condições que disparam o colapso da função de onda. A hipótese de E verett afirma que a indeterminação do colapso da função de onda não reflete as condições reais no mundo. Segundo ela, não há nenhuma indeterminação envolvida no processo: cada estado virtual escolhido pela partícula é determinista em si mesmo — ele simplesmente ocorre em um mundo que lhe é próprio!

E is como o colapso ocorreria: quando um quantum é medido, há várias possibilidades, cada uma delas está associada com um observador ou aparelho de medição. N ós percebemos apenas uma dessas possibilidades num processo de seleção aparentemente aleatório. M as, de acordo com E verett, a seleção não é aleatória, pois ela não ocorre em primeiro lugar: todos os estados possíveis do quantum são realizados a cada vez que ele é medido ou observado; eles simplesmente não são realizados no mesmo mundo. O s muitos estados possíveis do quantum são realizados em muitos universos, cada um deles correspondente a um dos estados possíveis.

Suponha que quando um quantum (por exemplo, um elétron) é medido, ele tem uma probabilidade de 50% de subir e de 50% de descer. E ntão nós não temos apenas um universo no qual o quantum tem uma probabilidade de 50/ 50 de subir ou de descer, mas dois universos paralelos. E m um deles o elétron realmente está subindo e no outro ele realmente está descendo. N ós também temos um observador ou um instrumento de medida em cada um desses universos. O s dois resultados existem simultaneamente nos dois universos, assim como também existem dois observadores ou instrumentos de medição.

Naturalmente, quando os estados múltiplos superpostos de uma partícula se resolvem em um único estado não existem apenas dois, mas um número imenso de estados virtuais possíveis que essa partícula pode ocupar. Desse modo, deve existir um número imenso de universos — talvez da ordem de 10100 — , universos completos, todos com seus observadores e instrumentos de medida.

O UNIVERSO CRIADO PELO OBSERVADOR
Se há 10100 ou até mesmo 10500 universos, e se, com exceção de um punhado deles, a vida jamais poderia surgir em todos esses universos, como é possível que nós estejamos vivendo num universo no qual a vida, e até mesmo formas complexas de vida, podem evoluir? Isso é um puro acaso feliz? M uitas fábulas científicas abordam essa questão, inclusive o princípio cosmológico antrópico, segundo o qual nossa observação deste universo tem algo a ver com esse afortunado estado de coisas.

Recentemente, Stephen Hawking, da Universidade de Cambridge, e Thomas Hertog, do CE RN (European Nuclear Research Organization — Organização Européia de Pesquisas Nucleares) apresentaram uma resposta matematicamente sofisticada, parecida com o princípio antrópico. De acordo com sua teoria do “universo criado pelo observador”, em vez de universos individuais ramificando- se no decorrer do tempo e existindo por conta própria (como a teoria das cordas sugeriria), todos os universos possíveis existem simultaneamente, num estado de superposição. A nossa existência neste universo escolhe o caminho que leva a este universo particular dentre os outros caminhos que levam a todos os outros universos; os caminhos restantes são cancelados. Desse modo, em sua teoria a cadeia causal de eventos é revertida: o presente determina o passado. Isso não seria possível se o universo tivesse um estado inicial definido, pois a partir desse estado único uma única história se seguiria. Porém, afirmam Hawking e Hertog, não há nenhum estado inicial definido para o universo, nenhum ponto de partida: essa “fronteira” simplesmente não existe.

O UNIVERSO HOLOGRÁFICO
E ssa fábula científica afirma que todo o universo é um holograma — ou, pelo menos, que pode ser tratado como tal. (N um holograma, como discutiremos mais tarde, um padrão em duas dimensões gera uma imagem em três dimensões.) Toda a informação que constitui o universo está armazenada em sua periferia, que é uma superfície bidimensional. E ssa informação bidimensional reaparece dentro do universo em três dimensões. Vemos o universo em três dimensões mesmo que aquilo que faz dele o que ele é seja um campo bidimensional de informação. Por que essa idéia aparentemente bizarra é objeto de intensas discussões e pesquisas?

O problema que o conceito de universo holográfico aborda provém da termodinâmica. De acordo com sua segunda lei solidamente estabelecida, a desordem nunca pode diminuir em qualquer sistema fechado. Isso significa que a desordem não pode diminuir no universo como um todo porque quando consideramos o cosmos em sua totalidade, ele é um sistema fechado: não existe nenhum “exterior” e, portanto, nada para o qual ele poderia se abrir. O fato de que a desordem não pode diminuir significa que a ordem — que pode ser representada como informação — não pode aumentar. Segundo a teoria quântica, a informação que cria ou mantém a ordem deve ser constante; ela não pode aumentar, e também não pode diminuir.

M as o que acontece com a informação quando a matéria colapsa dentro de buracos negros? Poderia parecer que os buracos negros aniquilariam a informação contida na matéria. Isso, no entanto, estaria em oposição à teoria quântica. E m resposta a esse enigma, Stephen Hawking, juntamente com Jacob Bekenstein, que na época estavam na Universidade de Princeton, mostraram que a desordem num buraco negro é proporcional à área da sua superfície. Dentro do buraco negro há muito mais
espaço para a ordem e a informação do que em sua superfície. Por exemplo, dentro de um único centímetro cúbico há espaço para 1099 volumes de Planck, mas há espaço para apenas 1066 bits de informação sobre a superfície (um volume de Planck é um espaço quase inconcebivelmente pequeno limitado por lados que medem 10-35 de metro). Leonard Susskind, da Universidade de Stanford, e Gerard ’t Hooft, da Universidade de Utrecht, apresentaram a idéia de que a informação dentro do buraco
negro não se perde — ela é armazenada holograficamente sobre a sua superfície.

A matemática dos hologramas encontrou uma aplicação inesperada em 1998, quando Juan M aldacena, que nessa época trabalhava na Universidade de Harvard, tentou responder pela teoria das cordas sob condições de gravidade quântica. M aldacena descobriu que é mais fácil lidar com cordas em espaços de cinco dimensões do que nos de quatro dimensões. (N ós experimentamos o espaço em três dimensões: duas delas no plano, ao longo da superfície, e a outra para cima e para baixo. Uma quarta dimensão estaria numa direção perpendicular a essas, mas essa dimensão não pode ser experimentada. O s matemáticos podem acrescentar qualquer número de dimensões a mais, mas essas dimensões estarão cada vez mais afastadas do mundo da experiência.) A solução parecia evidente: supor que o espaço pentadimensional dentro do buraco negro é realmente um holograma de um padrão quadridimensional em sua superfície. Pode- se então fazer os cálculos em cinco dimensões, que são mais fáceis de se manejar, enquanto se lida com um espaço de quatro dimensões.

Será que uma redução dimensional funcionaria para o universo como um todo? Como já vimos antes, os teóricos das cordas estão lutando com muitas dimensões extras, depois de descobrir que o espaço tridimensional não é suficiente para eles poderem realizar sua busca, que consiste em estabelecer as relações entre as vibrações das diversas cordas no universo em uma única equação mestra. O princípio holográfico seria capaz de ajudar, pois o universo todo poderia então ser considerado um holograma multidimensional, conservado em um número menor de dimensões em sua periferia.

O princípio holográfico pode facilitar os cálculos da teoria das cordas, mas ele faz suposições fabulosas sobre a natureza do mundo. Até mesmo Gerard ’t Hooft, que foi um dos idealizadores desse princípio, mudou de idéia apesar da racionalidade convincente desse princípio. E m vez de ser um “princípio”, disse ele, nesse contexto a holografia é, na verdade, um “problema”. Talvez, ele especulou, a gravidade quântica possa ser derivada de um princípio mais profundo, que não obedeça à mecânica quântica.

Do livro: A Ciência e o Campo Acashico, de Ervin Lazlo. Para saber mais sobre esse maravilhoso livro, clique na capa abaixo.

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