Capítulo XXIII

 

ORIGEM E DESTINO DO UNIVERSO

 

“ À entrada dos portões do Templo da Ciência

estão escritas as palavras: ‘Tens de ter fé’.”

- Max Planck -

 

 

     O Problema dos Infinitos é sempre uma questão incómoda e inconveniente! Mas estes infinitos perniciosos, desafiantes do nosso raciocínio, estão presentes e persistentes em vários pontos da história do nosso Universo

     O problema dos valores infinitos está directamente relacionado com a origem e com o destino do Universo.

     Tanto a Matemática como a Física não conseguem lidar muito bem com números infinitos, mas estas ciências prevêem que o nosso Universo teve origem num Big Bang cheio de infinitudes!

     Começando na densidade, passando pela temperatura e terminando na própria curvatura do espaço-tempo no momento do Big Bang, tudo isso são infinitos no campo da Física.

     Quando uma teoria da Física tenta abordar essas questões depara-se com um grande obstáculo, as equações resultam em infinitos, em parâmetros indefinidos, o que significa na prática que não se consegue elaborar uma teoria exacta para descrever o preciso momento do Big Bang. Se não se consegue interpretar e atribuir um significado físico concreto a um conjunto de valores infinitos não nos é possível descrever correctamente o processo envolvente e, neste caso, ao contrário do que regularmente se pensa, o Big Bang não é uma teoria que descreve a explosão inicial que deu origem ao nosso Universo, o Big Bang é uma teoria que só descreve o resultado da explosão, a partir de um certo momento no tempo. Como tal, não é uma teoria completa, pois esta não descreve o momento exacto da explosão.

     Estas consequências decorrem de uma situação muito simples, que é o facto de se considerar que todo o Universo teve origem num ponto espacial e temporal de raio zero, e em que esta dimensão tão compactada é idêntica a uma dimensão nula.

     Que significado é que tem uma dimensão nula? O que é que se pretende descrever numa dimensão espacio-temporal nula?

     Não será evidente que não se consiga obter, a partir dessas condições, nenhuma teoria física coerente?!

     Mas se os físicos conseguem imaginar processos que decorrem em dimensões espacio-temporais nulas, então, certamente é porque têm uma capacidade de imaginação muito melhor do que a minha!

     Há especulações sobre as quais o nosso Universo terá existido durante um tempo infinito antes do Big Bang ter ocorrido, sob a forma de um vazio flutuante antes de se ter iniciado a fase de expansão.

     Esta ideia parece-me interessante e na sua formulação teórica novos fenómenos começam a ocorrer, fenómenos estes que ainda não são completamente entendidos.

     Se recuarmos para trás no tempo até à singularidade inicial, chegaremos a um ponto em que a teoria da Gravidade deixa de ser válida, e é aí que novos fenómenos começam a ocorrer. Por exemplo, se recuarmos o suficiente no tempo, até um tempo antes do Big Bang, os cálculos indicam-nos um Universo que na verdade está a contrair-se até chegar, posteriormente, a um ponto que permite a transição de fase, ou seja, o ponto em que terminou a contracção e iniciou-se a expansão que observamos actualmente. Este momento terá acontecido quando o Universo atingiu uma dimensão mínima mas finita. Ainda mais espantoso é se tentarmos recuar ainda mais no tempo, os cálculos mostram-nos um Universo que fica cada vez maior, mais extenso, mais frio ... ad infinitum.

     Esta especulação teórica pode levar-nos a sugerir que não houve propriamente um começo do espaço-tempo quando ocorreu o Big Bang, mas que esse exacto momento constitui apenas um estado de transição de um percurso no tempo muito mais vasto.  

     Usando este novo conceito, vamos usar a imaginação e recuar no tempo até à singularidade inicial, num tempo muito próximo do Big Bang, ou se preferirmos também podemos avançar no tempo em direcção à contracção total do Universo em direcção a um Big Crunch .

     Lembremos que a teoria da Gravidade deixa de ser válida a partir de um certo limite de densidade e de temperatura, porque nestas condições obtém-se um novo tipo de matéria, a matéria degenerada, e de acordo com aquilo que vimos acerca do novo modelo gravitacional, a natureza da Gravidade não é quântica mas sim atómica.

     Se esta forma de matéria estiver isolada de um campo gravitacional, este tipo de matéria não tem possibilidade de produzir por si própria Gravidade, pois como vimos este campo atractivo só está presente porque o momento magnético é distribuído e transferido pelo campo electromagnético. E se não há electrões associados ao átomo nem fotões não há campo electromagnético, logo, também não há campo gravitacional.

     Isto permite-nos eliminar de imediato as gravidades infinitas e as singularidades teoricamente previstas para estes pontos. Nesse caso, tudo o que temos a considerar é que a intensidade gravitacional num raio cada vez mais curto torna-se cada vez mais forte, contudo, não será infinita mas tenderá para um limite. A partir desse limite a força gravitacional deixa de existir e há uma transição de fase, ou seja, o ponto em que termina a contracção descontrolada. Neste momento, o Universo atinge uma dimensão mínima mas finita e as forças de interacção que ainda acompanham este limite da matéria são descomunalmente fortes, no entanto, a Natureza tem um limite e assim que a Natureza atinge esse limite inicia-se uma nova fase de expansão descontrolada.

     Neste momento, todos vós devem pretender saber qual é esse limite da Natureza.

     Será um pouco como se a Natureza tivesse atingido a tensão máxima das suas 'cordas' fundamentais. E se uma força de tensão tem um certo sentido e tende para um limite, assim que esta ultrapassa esse limite há uma quebra, uma ruptura, um pouco como um elástico que se parte. Esta reacção ocorre no sentido oposto e a enorme força de tensão acumulada é retribuída para dar origem a uma enorme força de expansão. Esta energia expandida tem uma nova forma, pois não possui forças gravitacionais naturais, ou seja, é uma energia naturalmente repulsiva, é a tão conhecida energia escura.  

     E o que é que acumula essa tensão? Quais são essas 'cordas' fundamentais?

     Neste estado de matéria a última força a resistir será a Força Fraca produzida pelos neutrões, para além deste limite há que considerar um outro tipo de força, muito mais resistente e ainda mais fundamental, a força de ligação entre quarks, a Força Quarkónica.

     E quando existe uma força, existe um campo envolvente, e quando existe um campo existem linhas de força a defini-lo e como se sabe, estas linhas de força nunca se cruzam.

     A Natureza tem um limite, chega a um ponto em que estas linhas de força são cada vez mais intensas porque estão cada vez mais juntas, cada vez mais próximas, mas há uma interdição absoluta nas Leis da Natureza, é que estas linhas nunca se podem cruzar porque na Natureza nada se toca!

     Atingir a Constante de Repulsão será, por conseguinte, inevitável.

     A intensidade dessas linhas de força resulta da resposta dos quarks aos valores de energia envolventes. Podemos lembrarmo-nos que os quarks são partículas estáveis quando confinados no núcleo. O Princípio de Liberdade Assimptótica e o confinamento dos quarks traduz-se num estado de energia mínima e sabemos através da experiência que quanto mais energia fornecemos a estas partículas mais estas resistem, isto é, mais tensão acumulam. O que seria uma forma prática de se obter a constante de repulsão, através da ionização do núcleo, que só seria possível quando obtivéssemos estes valores estrondosos de energia. A ruptura desta energia de ligação entre quarks desencadearia uma explosão colossal!

     E assim teríamos um nascimento de um Novo Universo!

     Um Universo Fénix que renasce das cinzas!   

      O destino do nosso Universo esse, de certa forma já está pré-destinado. Muito provavelmente teremos apenas dois cenários possíveis:

     Ou a ‘força gravitacional’ responsável por contrair a matéria supera a força de expansão repulsiva e o Universo é obrigado a contrair-se em direcção a um Big Crunch, tornando-se num espaço cada vez mais denso e cada vez mais quente. Um forno cósmico;

     Ou então, a energia repulsiva supera a força atractiva - e este parece-me ser o cenário mais provável - impulsionando o nosso Universo para uma expansão interminável, tornando-o num espaço cada vez mais vazio, cada vez mais frio e absolutamente inerte. Um cemitério cósmico.  

     Se na primeira hipótese tem-se o aumento quase interminável da Energia Cinética, devido ao aumento constante de temperatura; na segunda hipótese, ocorre o inverso, e neste caso a Energia Cinética das partículas é cada vez menor, o movimento torna-se cada vez mais lento, e conforme a temperatura vai baixando em direcção ao zero absoluto, o Kelvin, ou -273 ºC, a Energia Cinética das partículas praticamente cessa, mas por outro lado tem-se sempre um aumento gigantesco da Energia Potencial.

     Resumindo, na primeira hipótese a Energia Cinética dirige-se em direcção a um limite máximo; na segunda hipótese a Energia Potencial dirige-se em direcção ao seu valor máximo.

     Pelo princípio da Conservação da Energia sabemos que a Energia Mecânica do Universo, a soma das duas energias, deve conservar-se, de forma que a energia mecânica total do Universo é sempre uma constante.

     Para o primeiro caso, já explorámos as condições extremas de um Big Crunch e que o seu desenvolvimento resulta no nascimento de um novo Universo.

     Para o segundo caso, as condições são inversas mas o destino final é sempre o mesmo, vejamos como:

     Não há nada pior do que atingir o limiar do Potencial, ao qual gostaria de lhe chamar de Potencial Falso. Vamos aqui relembrar um exemplo prático, um caso típico de um lago exposto às duras temperaturas de Inverno.

     O fenómeno do sobrearrefecimento significa que a água pode continuar líquida mesmo a temperaturas inferiores ao seu ponto de congelação. É de facto possível sobrearrefecer água líquida extremamente pura e fluida até 30ºC negativos.

     Se nos aproximarmos de um lago ainda em estado líquido mas que esteja em sobrearrefecimento basta um pequeníssimo toque, a mais suave atribuição de energia, para desencadear toda uma proliferação explosiva de cristais de gelo e levar o lago congelar quase que automaticamente! Aconselho-vos a nunca tocarem em algo que tenha adquirido o potencial falso. Apesar de o lago parecer líquido e estável, na realidade, essa estabilidade aparente é a mais pura ilusão. Este líquido sobrearrefecido é bastante instável e encontra-se num equilíbrio bastante precário, e assim que tocamos no lago toda a energia potencial acumulada é libertada.

     Muitas das propriedades da matéria são alteradas quando estão sobrearrefecidas, uma delas é a própria Gravidade. Não é que esta propriedade seja propriamente alterada, simplesmente não tem oportunidade de se manifestar. Da mesma forma que a atribuição de energia cinética na forma de calor produz um aumento da atracção gravitacional, como vimos na experiência de Cavendish; também o inverso pode ocorrer, isto é, uma redução da energia cinética das partículas, provocada pelas temperaturas negativas, conduz a uma diminuição da emissão de energia gravitacional.

     Quando o Universo atinge o zero absoluto podemos dizer que a actividade cinética das partículas cessa e que a própria Gravidade também congela. O Universo encontra-se reduzido à sua temperatura mínima, à sua densidade mínima, atinge o Potencial Falso.

      Neste Universo preenchido maioritariamente por vácuo e onde há ausência de forças tanto de movimento como gravitacionais, a única nova forma de energia que poderá aparecer neste Universo estático é aquela que é produzida por um vácuo naturalmente repulsivo. Mas assim que este limite é atingido e o vácuo pretender actuar contribuindo com a sua energia repulsiva, assim que entra a mais pequena quantidade desta energia neste Universo altamente instável, a elevada energia potencial faz desencadear todo um enorme Tsunami Cósmico! Esta pequena perturbação do vazio liberta toda a Energia Potencial acumulada. Uma gigantesca onda de energia que surge e sucumbe, levando todo o Universo ao colapso!

     Fusões e fissões de Universos devem ocorrer regularmente no hiperespaço, permitindo a contribuição de matéria-prima primitiva, de novos fluidos cósmicos, que será sempre obtida através da lei da conservação da energia, para que possa sempre ocorrer criações de Novos Universos.

     Este fluido essencial do Universo, a energia escura, poderá fazer ressuscitar a noção de éter, e em que este éter desempenhará um papel de fluido etéreo. De ambas as possibilidades obteremos sempre um Universo eterno, sem princípio nem fim, um hiperespaço de Universos Oscilatórios, um Multiverso Fénix!

     Em qualquer um dos destinos possíveis para o nosso Universo nunca há infinitos, a Natureza tem sempre um limite. A contracção não ocorre continuamente e a expansão não decorre eternamente.

     O único infinito que a Natureza permite, que é eterno e contínuo, é a Conservação da Energia.

     A Energia não pode ser criada nem destruída, como tal, a energia total deste universo global é uma constante. A alma do nosso próprio Universo é sempre conservada, pois a energia pode evidentemente fluir mas não poderá desaparecer.

      O testemunho do destino final do Universo traduz-se numa Equação de Continuidade, em que a criação ocorrerá continuamente num espaço-tempo intemporal e infinito. Porque o tempo conserva a sua duração do infinito ao infinito, da eternidade à eternidade.

     E assim podemos considerarmo-nos como parte de um Universo de duração infinita, que nunca começou nem nunca irá terminar.

     De certa forma, este será um Universo que sempre existiu e que sempre existirá!

 

   " Digo que o Universo é todo infinito porque ele não tem termo, nem limite, nem superfície. Digo que o Universo não é totalmente infinito porque cada uma das partes que dele possamos tomar é finita, e dos inumeráveis mundos que contém cada um deles é finito."

 -  Filóteo - personagem  em 'Acerca do infinito do céu' de Giordano Bruno.

 

 

   " Não é o sentido que percebe o infinito, não é pelo sentido que se obtém essa conclusão (...) É ao intelecto que compete julgar e dar razão das coisas ausentes e separadas de nós pela distância do tempo e no intervalo do espaço." - Filóteo-.

 

   " Não seria menos mau que todo o espaço não fosse pleno. E, por consequência, o Universo seria de dimensão infinita e os mundos seriam inumeráveis. A extensão inteligível é eterna, necessária e infinita." - Filóteo-.

 

     O infinito é o número mais misterioso da Matemática, simultaneamente ausente e presente, preciso e indefinido, completo e imperfeito, há quem o adore e há quem o evite!

     Apesar de tudo, os matemáticos não têm grandes problemas em usar este número, em considerar uma série como um somatório de um número infinito de termos, um integral como uma soma de um número infinito de quantidades infinitesimais, e a derivada como um quociente de grandezas infinitamente pequenas.

     Paralelamente, a Física também utiliza-o para se referir a grandes acontecimentos do Universo: Um buraco negro é um infinito no espaço e no tempo; o Big Bang é um infinito no espaço e no tempo; a Energia do vácuo é infinita no espaço e no tempo!

     Qual é o verdadeiro significado deste número infinito?

     Utilizar este número matematicamente não constitui qualquer problema, mas quando se trata de lhe atribuir um significado físico concreto é que se instala a confusão.

     De acordo com o que vimos anteriormente, dois destes três infinitos já não constituem um problema epistemológico e os físicos podem se sentir um pouco mais aliviados, pois podemos retirar a analogia de infinitos em buracos negros e infinitos no Big Bang.

     Contudo, não muito aliviados, porque esta realidade não se estende à Energia do vácuo. O vácuo, ou o vazio absoluto não é sinónimo de nada, seria mais correcto considerá-lo como um modo de hibernação da matéria. Simplesmente porque basta aplicar uma quantidade mínima de energia ao vácuo para estimular o aparecimento da matéria.

     Para demonstrar a realidade da existência destas partículas de matéria virtuais no vazio do vácuo os físicos procederam a experiências concretas. Fazendo passar uma corrente eléctrica muito forte por entre uma câmara de vácuo, assistimos à criação de partículas reais, perfeitamente observáveis!

     A energia do vácuo não pode ser associada ao vazio, é antes um nível de oscilação e de transição entre o estado em que nada há e em que há qualquer coisa. O vácuo não pode ser associado ao nada, pois se nasce de lá qualquer coisa!

     O vazio é o estado latente da matéria e o vácuo é o estado flutuante desse potencial em que partículas virtuais estão constantemente a vacilar para dentro e para fora da existência.

     Esta força misteriosa do vácuo, as infinitas flutuações possíveis do vazio quântico, são as propriedades espantosas da Energia do Nada. O que esta energia traduz, é a incerteza de que mesmo num pequeno volume de vácuo não sabemos qual a quantidade de energia nele contida!

     Quando pretendemos interpretar isto rigorosamente, ficamos perplexos com o paradoxo que isto representa.

     Na prática, quando se realiza esta experiência, retiramos todas as partículas presentes naquela quantidade de espaço de modo a obtermos um espaço vazio e pensamos, de acordo com um raciocínio lógico, que reduzindo a matéria presente também reduzimos a energia existente.

     Mas o que se conclui é que na Energia do ponto Zero as partículas virtuais podem aparecer num número infinito.

     O paradoxo é o seguinte: isto significa que a Energia do ponto Zero não é zero, é antes ilimitada! Podemos mesmo dizer que o poder do zero é infinito!

     E isto deduz-se das próprias equações da Mecânica Quântica, mas a maioria dos cientistas ignora-a completamente. Simplesmente, fingem que a energia do ponto zero é zero, embora saibam que é infinita.

     Infinitos e zeros são números igualmente curiosos. Há até quem diga que o zero é o número mais próximo do infinito. Por isso, será que estes dois números são assim tão distintos entre si?

     Mas parece que não conseguimos lidar muito bem com zeros e infinitos. Será que podemos simplesmente excluí-los das nossas equações?

     Que têm estes dois réus a dizer acerca das Leis do Universo?

     Estes dois números deslocam-nos novamente para o problema da origem e destino do Universo.

     O problema da origem só tem sentido se dissermos que tudo começou com o nascimento do Universo: o Tempo; o Espaço; a Matéria …   

     Para uma senso comum que exige que tenha havido uma origem implica admitir a existência de um zero '0'.

     Por outro lado, podemos deslocar o problema e para o senso comum que acredita num Universo em que tudo sempre existiu: o Tempo; o Espaço; a Matéria. Isto implica admitir a existência de um infinito ' ∞ '.

   Um número quase que complementa o outro porque, na verdade, são muito parecidos. Tão parecidos que poderíamos especular que origens e infinitos coincidem e coexistem em simultâneo ... o problema dos zeros e dos infinitos são os eternos desafiantes do enquadramento da lógica.

     Quando uma equação tem uma infinidade, os físicos normalmente assumem que algo está errado, admitem imediatamente que a infinidade não tem qualquer significado físico. Como diria o físico Richard Feynman:

   " O problema consiste em que, quando tentamos levar os cálculos até à distância zero, a equação explode-nos na cara e dá-nos respostas sem sentido, coisas como a infinidade. Isto provocou imensos incómodos quando a Teoria da Electrodinâmica Quântica foi elaborada. As pessoas obtinham uma infinidade em cada problema que tentavam calcular.".

     Zeros e Infinitos têm estado sempre presentes por detrás dos grandes enigmas da Física:

     A densidade infinita gerada pela gravidade de um buraco negro é uma divisão por zero na equação da relatividade geral;

     A energia infinita do vácuo é uma divisão por zero na matemática da teoria quântica;

     A criação do Big Bang a partir do vazio é uma divisão por zero em ambas as teorias.

     As situações ilógicas e indeterminações, surgem sempre que se tenta efectuar cálculos com divisão por zero. Aparentemente, dividir por zero destrói a coerência matemática e o enquadramento da lógica.

     No entanto, em vez de se tentar perceber qual o sentido e a verdadeira expressão destas soluções, os físicos conseguiram dominar o problema de uma outra forma, isto é, contornando-o, ou seja, de modo a conseguir recompor o enquadramento da lógica os cientistas simplesmente baniram o zero das suas equações do Cosmos!

     A este processo de eliminação dos zeros chama-se Renormalização. " É aquilo a que eu chamaria um processo meio louco." escreveu um dia Richard Feynman, apesar de ter ganho o prémio Nobel por aperfeiçoar a arte da Renormalização.

     Este procedimento é extremamente conveniente e imposto aos físicos, no entanto, nem todos concordam com este processo. Mas é a única forma de fazer desaparecer os infinitos, através da arte mágica da renormalização.

     Nos cálculos de ordem prática não se faz todo o percurso até à distância zero. Pára-se perto do zero, a uma distância curta mais ou menos arbitrária.

     Tecnicamente introduz-se medidas muito pequenas, de comprimento, de tempo e de massa com as quais já se torna possível efectuar cálculos sem obter soluções infinitas, são as tão conhecidas medidas de Planck:

 

 

lPl = √ ( h G / c3 ) ≈ 10-35 m

                                                    

 

tPl = √ ( h G / c5 ) ≈ 10-43 s

 

 

mPl = √ ( h c / G ) ≈ 10-8 kg

    

    

     O sucesso inicial da Teoria das Cordas reside no facto de ter eliminado o zero das suas equações acerca do Universo. Não há distâncias nulas nem tempo zero. E assim se resolve todos os problemas da infinidade. Isto, por acaso, resolve alguns dos problemas, o infinito dos buracos negros e do Big Bang, só não perceberam porquê que isso resolve esses problemas.

     Eu diria que as medidas de Planck são um mito … constantes de conveniência …

     Actualmente, é no processo da Renormalização que assenta todas as bases da Física Moderna. Eu diria que os seus alicerces são frágeis, uma vez que não reconhecem o potencial destes dois números.

     O zero e o infinito associados à energia, ao espaço e ao tempo continuam a ser vistos como um tabu em Física. Em todo o percurso histórico desta ciência, zeros e infinitos foram considerados imediatamente culpados. Mas não estarão estes réus a dizer a verdade?!

     Se estão inocentes, resta-nos convencermo-nos de que não estamos preparados para assumir a veracidade da ciência que engloba estes dois números.

     Os matemáticos que inventaram a Matemática, os números infinitos e os zeros e ainda as muitas dimensões, trabalham sobre esta ciência mas não acreditam nela.

 

     A riqueza e a plenitude do Universo reside na sua própria individualidade e singularidade. A realidade fundamental deste Universo absoluto contém todo o tempo, todo o espaço e toda a energia.

     O Infinito é um número que contém muitos números, que cresce e existe sem limites. As leis da ciência, essas, contêm muitos números mas são essas as Leis da Natureza.

     Se os cientistas tiverem fé, compreenderão as Leis do Universo!