Èrò ìjìnlẹ̀ tiwọn àgbáyé àfiwé lóde.
Teoria dos universos paralelos.
Àkójọ́pọ̀ Itumọ̀ (Glossário).
Ìwé gbédègbéyọ̀ (Vocabulário).
Èrò = pensamento.
Ìjìnlẹ̀ = profundidade, intensidade.
Èrò ìjìnlẹ̀ = teoria.
Tiwọn = deles, delas.
Àgbáyé = mundo, universo.
Ìjọra, àjọra = semelhança.
Ìfarawé = imitação, fraude, simulação.
Ìṣedédé = honestidade, retidão, exatidão.
Ìjọra, ìfarawé, ìṣedédé = paralelo.
Àfiwé lóde = paralelo.
Àfiwéra = comparação, metáfora.
Lóde = fora, exterior, do lado de fora, sem.
Será que existe uma cópia de você lendo esse artigo?Uma pessoa que não é você, mas vive num planeta chamado Terra com montanhas cobertas de neblina, campos férteis e cidades esparramadas em um Sistema Solar com oito outros planetas? A vida que essa pessoa leva é idêntica à sua em todos os aspectos, mas talvez ele ou ela decida abandonar este artigo antes de terminar a leitura, enquanto você contínua lendo.A idéia de um alter ego como esse é estranha à primeira vista e pouco plausível, mas parece inevitável que acabemos por aceitá-la, pois essa idéia tem sustentação em observações astronômicas. O modelo astronômico mais simples e mais comum hoje prediz que existe um gêmeo em uma galáxia a cerca de 10 elevado a 28 metros daqui. Essa distância é tão grande que está além das medidas astronômicas, mas isso não torna menos real o seu duplo-eu (doppelgänger). A estimativa decorre de leis elementares das probabilidades, sem que seja necessário lançar mão da física moderna especulativa. Simplesmente existe um espaço infinitamente grande (ou pelo menos suficientemente grande) que está praticamente todo preenchido por matéria uniformemente distribuída, como indicam as observações. Num espaço infinito, mesmo os eventos mais improváveis devem ocorrer em algum lugar. Há muitos outros planetas habitados, incluindo não só um, mas infinitos outros planetas com pessoas exatamente como você, com a sua aparência, o mesmo nome e as mesmas lembranças, alguém que já esgotou todas as possíveis combinações de escolhas da sua vida.Você provavelmente nunca verá seus outros eus. O lugar mais distante que você consegue observar é o ponto de onde a luz partiu há 14 bilhões de anos, desde que começou a expansão do Big Bang. Os objetos visíveis mais distantes estão agora a cerca de 4x1026metros de distância, o que define o nosso Universo observável, também chamado de volume de Hubble, nosso volume de horizonte ou simplesmente nosso Universo. Da mesma forma, os universos dos seus outros eus são esferas do mesmo tamanho que têm seus planetas como centro. Estes são os exemplos mais diretos de universos paralelos. Cada universo é simplesmente uma pequena parte de um "multiverso" maior.Se ficássemos apenas com esta definição de "universo" poderíamos esperar que a noção de multiverso se mantivesse para sempre no domínio da metafísica. Para se distinguira física da metafísica é preciso verificar se uma teoria pode ser testada experimentalmente e não se ela é incomum, ou envolve entidades não-observáveis. As fronteiras da física vêm se expandindo gradualmente para incorporar conceitos cada vez mais abstratos (outrora metafísicos) tais como uma Terra esférica, campos eletromagnéticos invisíveis, o tempo, que passa mais devagar em altas velocidades, as superposições quânticas, o espaço curvo e os buracos negros. Ao longo dos últimos anos o conceito de multiverso juntou-se a esta lista. Este conceito se baseia em teorias consistentes, como a relatividade e a mecânica quântica e atende aos critérios básicos de uma ciência empírica: faz predições e pode ser posta à prova. Os cientistas têm discutido a existência de pelo menos quatro tipos diferentes de universos paralelos. O ponto-chave não é discutir se o multiverso existe, mas quantos níveis ele possui.
Nível 1: Além do Horizonte CósmicoOs universos paralelos de seus Alter egos constituem o multiverso de nível 1. É o tipo menos controvertido. Todos nós aceitamos a existência de coisas que não podemos ver, mas que poderíamos ver se nos deslocássemos para um outro ponto mais adequado, ou simplesmente se esperássemos, como aquelas pessoas que ficam observando os navios desaparecerem na linha do horizonte. Objetos além do horizonte cósmico têm um status muito semelhante. O universo observável cresce à razão de um ano-luz a cada ano, à medida que a luz se desloca de um ponto muito distante até nós. Além desse ponto está uma infinitude esperando para ser vislumbrada. Você provavelmente vai morrer muito antes que seus alter egos se tomem visíveis, mas em princípio, e se a expansão cósmica colaborar, seus descendentes poderão observá-los utilizando um telescópio suficientemente poderoso.Com as devidas ressalvas o multiverso de nível 1 parece trivialmente óbvio. Como o espaço poderia não ser infinito? Existe por acaso alguma placa dizendo: "O espaço termina aqui", ou, "Cuidado com o abismo"? Se houver, o que existe além dela? Na verdade, a teoria da gravidade de Einstein põe em dúvida essa questão. O espaço poderia ser finito se tivesse uma curvatura convexa ou uma topologia incomum (isto é, falta de interconectividade). Um universo esférico, em forma de toróide (doughnut) ou de pretzel teria um volume limitado, sem bordas. A radiação cósmica de fundo permite fazer testes sensíveis de cenários como este, mas, até agora, as evidências são contrárias. Os modelos infinitos se ajustam aos dados e impõem limitações severas às concepções alternativas.Uma outra possibilidade é que o espaço seja infinito, mas a matéria esteja restrita a uma região finita em torno de nós - modelo historicamente conhecido como "universo-ilha". Uma variante deste modelo propõe que a matéria se dilui em grandes escalas de acordo com um padrão fractal. Em ambos os casos, praticamente todos os universos no multiverso de nível 1 estariam vazios e mortos. Observações recentes da distribuição tridimensional de galáxias e da radiação de fundo em microondas mostraram que o arranjo de matéria em grandes escalas não é tão uniforme quanto se supunha, não havendo estruturas coerentes maiores que cerca de 10 elevado a 1024 metros. Admitindo que esse padrão vigore, o espaço além do nosso Universo observável seria povoado por galáxias, estrelas e planetas.Observadores vivendo em universos paralelos de nível 1 estariam sujeitos às mesmas leis da física que nós, mas com condições iniciais diferentes. De acordo com as teorias atuais, os processos primordiais pós-Big Bang espalharam a matéria com um certo grau de aleatoriedade, gerando todas as combinações possíveis com probabilidade não nula. Os cosmólogos admitem que o nosso universo, com uma distribuição quase uniforme de matéria e com flutuações da densidade inicial de uma parte em 100 mil, seja uma aproximação bastante razoável (pelo menos entre os universos que contêm observadores). Essa hipótese dá respaldo à estimativa de que nossa cópia idêntica mais próxima estaria a uma distância de 10 elevado a 1028 metros. A aproximadamente 10 elevado a 1092 metros de distância, estaria uma esfera de raio de 100 anos-luz idêntica àquela centrada aqui, de modo que todas as percepções que tivéssemos durante o próximo século seriam idênticas àquelas de nossas contrapartes de lá. A cerca de 10 elevado a 10118 metros estaria em volume de Hubble completo, idêntico ao nosso.Há estimativas extremamente conservadoras, que se baseiam na simples contagem de todos os possíveis estados quânticos que um volume de Hubble pode ter, desde que sua temperatura não ultrapasse 108 K. Uma forma de se fazer esses cálculos é descobrir quantos prótons podem caber em um volume de Hubble a essa temperatura. São 10118 prótons. Cada uma dessas partículas pode estar presente ou não, o que totaliza 2 elevado a 10118 possíveis arranjos de prótons. Uma caixa contendo essa quantidade de volumes de Hubble esgotaria todas as combinações possíveis. Uma caixa dessas teria 10 elevado a 10118 metros de extensão. Além dela, os universos - incluindo o nosso - começariam a se repetir. Chegaríamos aproximadamente ao mesmo número utilizando no cálculo estimativas termodinâmicas ou quantum-gravitacionais do conteúdo de total de informação do Universo.É muito provável que seu duplo eu (doppelgänger) mais próximo esteja mais perto de você do que sugerem estes números, tendo em vista que os processos de formação do planeta e da evolução biológica conspiram a seu favor. Os astrônomos suspeitam que o nosso volume de Hubble tenha pelo menos 1020 planetas habitáveis, e alguns podem muito bem se parecer com a Terra.A estrutura do multiverso de nível 1 é usada rotineiramente para avaliar teorias da cosmologia moderna, embora isso não seja dito explicitamente. Por exemplo: imagine como os cosmólogos usaram a radiação de fundo para abolir a idéia de uma geometria esférica finita. O tamanho característico das manchas mais quentes e mais frias que aparecem nos mapas de radiação de fundo depende da curvatura do espaço. Além disso, as manchas observadas parecem pequenas demais para serem consistentes com uma forma esférica. Mas é fundamental que o rigor estatístico seja mantido. O tamanho médio das manchas varia aleatoriamente de um volume de Hubble para outro. Assim, é possível que o nosso Universo esteja zombando de nós - poderia ser esférico, mas tem manchas anormalmente pequenas. Quando os cosmólogos alegam que aboliram o modelo esférico com um nível de confiança de 99,9%, na verdade, querem dizer que se esse modelo fosse válido menos de um em cada mil volumes de Hubble mostraria manchas tão pequenas quanto as observadas.O que podemos aprender disso tudo é que a teoria do multiverso pode ser testada e invalidada mesmo que outros universos não possam ser vistos. A questão é predizer o que é o conjunto de universos paralelos e especificar uma distribuição de probabilidades ou aquilo que os matemáticos chamam de uma "medida" desse conjunto. Nosso Universo poderia estar incluído entre os mais prováveis. Se não fosse assim, de acordo com a teoria do multiverso, se vivêssemos em um universo improvável, então a teoria estaria com problemas. Como vou discutir mais adiante, o problema da medida pode tornar-se bastante desafiador.
Nível 2: Outras Bolhas Pós-InflaçãoSe é difícil aceitar o multiverso de nível 1, tente imaginar um conjunto de multiversos de nível 1 diferentes, alguns quem sabe, com diferentes dimensões espaço-tempo, onde as constantes físicas fossem diferentes. Estes outros multiversos - que formam um multiverso de nível 2 - são previstos pela teoria da inflação caótica, bastante popular atualmente.A teoria da inflação é uma extensão de teoria do Big Bang que lhe dá mais consistência, amarrando algumas pontas soltas, como por exemplo: por que o Universo é tão grande, tão uniforme e tão plano? Esta e outras dúvidas podem ser explicadas de uma só vez se pensarmos numa rápida expansão do espaço há muito tempo. Essa distensão do espaço está prevista em várias teorias de partículas elementares e é confirmada por todas as evidências disponíveis. O termo "caótico eterno" refere-se aos acontecimentos em grande escala. O espaço como um todo está se distendendo e assim continuará para sempre. No entanto, algumas regiões param de se distender e formam bolhas separadas, como bolhas de ar na massa de pão que está fermentando. Muitas bolhas como essa estão surgindo indefinidamente. Cada uma delas é um embrião de um multiverso de nível 1: dimensão infinita e preenchido por matéria depositada pelo campo de energia que provocou a inflação.Estas bolhas estão infinitamente afastadas da Terra. Você jamais chegaria lá, mesmo que viajasse indefinidamente à velocidade da luz. Isto acontece porque o espaço entre a nossa bolha e suas vizinhas está se expandindo mais rapidamente que você poderia viajar através dele. Seus descendentes nunca verão seus duplos eus em nenhum outro lugar do nível 2. Pela mesma razão, se a expansão cósmica estiver se acelerando como sugerem as observações recentes, eles não poderão ver seus alter egos nem no nível 1.O multiverso de nível 2 é muito mais diverso que o multiverso de nível 1. As bolhas variam não só nas suas condições iniciais mas também em aspectos semelhantes e imutáveis da natureza. A visão que prevalece hoje na física é que na dimensão espaço-tempo, as características das partículas elementares e muitas constantes físicas não são construídas de acordo com leis físicas, mas resultam de processos conhecidos como quebra de simetria. Por exemplo, o espaço em nosso Universo, num certo momento, pode ter tido nove dimensões, todas com o mesmo status. Nos primórdios da história cósmica, três delas participaram da expansão cósmica e se tornaram as três dimensões que conhecemos hoje. As outras seis não são observáveis neste momento, por permanecerem microscópicas com uma tipologia semelhante a um toróide, ou porque toda a matéria está confinada em uma superfície tridimensional (uma membrana, ou simples "brana") no espaço de nove dimensões.Dessa forma a simetria original entre as dimensões se quebrou. As flutuações quânticas que produzem a inflação caótica poderiam causar diferentes quebras de simetria em bolhas diferentes. Algumas se tornariam quadridimensionais, outras poderiam conter somente duas, em vez de três gerações de quarks e outras, ainda, poderiam ter uma constante cosmológica mais forte que a do nosso Universo.Uma outra forma de produzir um multiverso de nível 2 seria através de ciclos de nascimento e destruição de universos. Essa idéia foi apresentada cientificamente pelo físico Richard C. Tolman nos anos 30 e recentemente implantada por Paul J. Steinhardt da Princeton University e por Neil Turok da University of Cambridge. A proposta de Steinhardt e Turok e os modelos relacionados envolvem uma segunda membrana tridimensional bastante paralela à nossa, simplesmente deslocada numa dimensão mais alta. Este universo paralelo não é realmente um universo à parte porque interage com o nosso. Mas o conjunto de universos - passado, presente e futuro - que estas membranas criam, formaria um multiverso que teria, indiscutivelmente, uma diversidade semelhante àquela produzida pela inflação caótica. Uma idéia proposta pelo físico Lee Smolim do Perimeter Institute em Waterloo (Ontário), envolve mais um outro multiverso com diversidade semelhante ao de nível 2 que modifica e faz surgir novos universos por meio de buracos negros e não através da física de branas.Embora não possamos interagir com outros universos paralelos de nível 2, os cosmólogos são capazes de inferir a presença deles indiretamente, porque sua existência pode justificar coincidências inexplicáveis que ocorrem no nosso Universo. Imagine, por exemplo, que ao se registrar num hotel lhe é entregue a chave da suíte 1967 e você percebe que esse é exatamente o ano do seu nascimento. "Que coincidência!"- você pensaria. Depois de alguns minutos de reflexão, você poderia perceber que não é tão surpreendente assim. O hotel tem centenas de quartos e você nem teria pensado nisso se lhe tivesse sido dado um outro apartamento com um número que não significasse nada para você. Este exemplo, nos mostra que, mesmo sem saber nada de hotéis, você pode inferir a existência de outros apartamentos no hotel de modo a explicar a coincidência.Vejamos um exemplo mais representativo. Pense na massa do Sol. A massa de uma estrela determina a sua luminosidade e, utilizando equações da física básica, podemos mostrar através de cálculos que a vida, como a conhecemos na Terra, é viável somente se a massa do Sol estiver numa faixa estreita entre 1,6 x 1030 e 2,4 x 1030 kg. Caso contrário, a temperatura da Terra seria muito mais baixa que a de Marte ou muito mais alta que a de Vênus. A massa solar medida é de 2 x 1030 kg. A primeira vista, esta coincidência aparente entre as condições de vida na Terra e o valor observado da massa do Sol, parece ser o cúmulo da sorte. As massas estelares variam de 1029 a 1032 kg, de modo que, se o Sol adquire sua massa através de um processo aleatório, haveria somente uma pequena chance de estar numa faixa que privilegia a vida. Mas, exatamente como no caso do quarto de hotel, pode-se explicar essa coincidência aparente imaginando um conjunto (no caso, um número de sistemas planetários) e um efeito de seleção (prova de que nos encontramos num planeta habitável). Esses efeitos de seleção relacionados ao observador são conhecidos como "antrópicos" e embora "uma palavra" seja suficiente para criar polêmica, os físicos em geral concordam que esses efeitos de seleção não podem ser desprezados ao se testar teorias básicas.O que se pode aplicar aos quartos de hotel e aos sistemas planetários também se pode considerar para universos paralelos. A maioria, se não todos, dos atributos criados pela quebra de simetria parece estar bem afinada. Se alterássemos os volumes dos universos paralelos de pequenas quantidades o resultado seria um universo qualitativamente diferente — um universo onde provavelmente não existiríamos. Se os prótons fossem 0,2% mais pesados decairiam em nêutrons, desestabilizando os átomos. Se a força eletromagnética fosse 4% mais fraca não haveria hidrogênio nem estrelas comuns. Se a interação fraca fosse muito mais fraca, o hidrogênio não existiria; se fosse muito mais forte, as supernovas não poderiam semear o espaço com os elementos pesados. Se a constante cosmológica fosse muito maior, o Universo teria se despedaçado antes de as galáxias se formarem.Embora o grau de sintonia fina ainda esteja em debate, estes exemplos sugerem a existência de universos paralelos com outros valores de constantes. A teoria do multiverso de nível 2 prevê que os físicos nunca serão capazes de determinar os valores dessas constantes a partir de princípios fundamentais. Eles simplesmente vão calcular distribuições de probabilidade para os resultados que esperam encontrar, levando em conta os efeitos de seleção. O resultado seria genérico o suficiente para justificar nossa existência.Nível 3, Quantum de Muitos Mundos .Os multiversos de nível 1 e 2 envolvem mundos paralelos infinitamente afastados, além do domínio dos próprios astrônomos. Mas o próximo nível de multiverso está bem perto de você. Surge da famosa interpretação controvertida sobre os multimundos da mecânica quântica - a idéia de que processos quânticos aleatórios fazem o Universo se ramificar em múltiplas cópias, uma para cada resultado possível.No início do século 20 a teoria da mecânica quântica revolucionou a física explicando que o reino atômico não obedece às leis clássicas da mecânica newtoniana. Apesar dos êxitos da teoria, surgiu um debate caloroso em torno do seu real significado. A teoria define o estado do Universo não em termos clássicos, como a posição e velocidade de todas as partículas, mas em termos de um recurso matemático chamado função de onda. De acordo com a equação de Schrödinger, esse estado evolui no tempo de uma forma que os matemáticos denominam "unitário", o que quer dizer que a função de onda gira num espaço abstrato de dimensões infinitas, o espaço de Hilbert. Embora a mecânica quântica seja comumente descrita como inerentemente aleatória e incerta, a função de onda evolui de forma determinística. Quanto a isso, não há dúvida ou aleatoriedade.A parte mais complicada está em se conseguir associar esta função de onda ao que é observado. Muitas funções de onda legítimas correspondem a situações que vão contra a intuição, como o caso do gato que, ao mesmo tempo, está vivo e morto, na chamada superposição. Na década de 20, os físicos tentaram justificar esses fatos estranhos afirmando que a função de onda "colapsava" em certos casos clássicos bem definidos, toda vez que alguém fazia uma observação. Esse postulado, que deveria servir para explicar as observações, tornou-se uma teoria elegante e unitária dentro de uma outra teoria não-unitária. A aleatoriedade intrínseca normalmente atribuída à mecânica quântica é o resultado desse postulado. Ao longo dos anos, muitos físicos abandonaram essa visão em benefício de uma outra perspectiva desenvolvida, em 1957, por um aluno de graduação de Princeton, Hugh Everett III. Ele mostrou que o postulado do colapso é desnecessário. A teoria quântica original, na verdade, não é contraditória. Embora ela prediga que uma realidade clássica gradualmente se subdivide em superposições de muitas dessas realidades, os observadores subjetivamente experimentam esta subdivisão simplesmente como uma leve aleatoriedade, com probabilidades que concordam com as do antigo postulado do colapso. Esta superposição de mundos clássicos constitui o multiverso de nível 3.A interpretação de mundos múltiplos de Everett vem surpreendendo os físicos e outros especialistas por mais de quatro décadas. Tudo se toma mais fácil de assimilar quando se percebe que uma teoria física pode ser vista de duas formas: a visão externa, a de um físico estudando as equações matemáticas, como um pássaro descortinando a paisagem a partir de um ponto elevado, e a visão interna de um observador vivendo no mundo descrito pelas equações, como uma rã, na paisagem do pássaro.Do ponto de vista do pássaro, o multiverso de nível 3 é simples. Há somente uma função de onda. Ela evolui suavemente e de forma determinística ao longo do tempo sem nenhum tipo de divisão ou paralelismo. O mundo quântico abstrato descrito por essa função de onda evolvente, contém, em si, um número enorme de linhas clássicas de estórias paralelas, continuamente se dividindo e se misturando, assim como muitos fenômenos quânticos que precisam ser descritos classicamente. Da perspectiva da rã, os observadores percebem somente uma pequena fração de toda a realidade. Eles conseguem ver seu próprio universo de nível 1, mas um processo chamado de decoerência — que imita o colapso da função de onda e ao mesmo tempo preserva a unitariedade - os impede de ver as cópias paralelas de nível 3 de si mesmos.Sempre que uma pergunta é feita a um observador, uma rápida decisão é tomada para dar a resposta. Os efeitos quânticos são interpretados pelo seu cérebro como uma superposição de resultados, tais como "Continue a ler o artigo" e "Pare de ler o artigo". Da perspectiva do pássaro, o ato de tomar uma decisão faz com que a pessoa se divida em múltiplas cópias: uma que continua a ler e outra que pára de ler. Da perspectiva da rã, no entanto, cada um desses alter egos não tem conhecimento dos demais e interpreta a ramificação como uma ligeira aleatoriedade: uma certa probabilidade de continuar a ler ou de parar de ler.Por mais estranho que possa parecer, acontece exatamente a mesma coisa até no multiverso de nível 1. Evidentemente, você decidiu continuar a ler o artigo, mas um de seus alter egos, em uma galáxia distante, abandonou a revista depois de ler o primeiro parágrafo. A única diferença entre o nível 1 e o 3 está em saber onde vivem seus alter egos. No nível 1 eles vivem em algum lugar, no nosso velho conhecido espaço tridimensional. No nível 3 eles vivem em um outro nível quântico do espaço de Hilbert de infinitas dimensões.
Buracos Negros e Informação:A existência do nível 3 depende de uma hipótese fundamental: a evolução temporal da função de onda deve ser unitária. Até agora os experimentos não constataram nenhuma falta de unitariedade. Nas últimas décadas a unitariedade tem sido confirmada, inclusive em sistemas maiores, incluindo as moléculas de carbono 60, fulerenos e fibras ópticas de quilômetros de comprimento. Do ponto de vista teórico, o caso da unitariedade foi reforçado pela descoberta da decoerência. Alguns teóricos que trabalham com a gravidade quântica têm questionado a unitariedade. Um argumento é que a evaporação de buracos negros deve destruir a informação que poderia ser um processo não-unitário. Um avanço fabuloso recente na teoria das cordas, conhecido como a correspondência AdS/CFT, sugere que até a gravidade quântica é unitária. Se isto for verdade, os buracos negros não destroem a informação, mas a transmitem para outro lugar.Se a física fosse unitária, mudaria a concepção do quadro padrão sobre como as flutuações quânticas funcionavam nos primórdios do Big Bang. As flutuações não geravam condições iniciais ao acaso. Ao contrário, geravam uma superposição quântica de todas as possíveis condições iniciais que coexistiam. A decoerência produziu então essas condições iniciais de comportamento clássico em ramos quânticos separados. Eis aí um ponto crucial: a distribuição de respostas em ramos quânticos diferentes em um dado volume de Hubble (nível 3) é idêntica à distribuição de respostas em diferentes volumes de Hubble dentro de um único ramo quântico (nível 1). Esta propriedade das flutuações quânticas é conhecida em mecânica estatística como ergodicidade.O mesmo raciocínio se aplica ao nível 2. O processo de quebra de simetria não produz um único resultado, ao contrário, uma superposição de todos os resultados, que rapidamente passam para suas formas separadas. Assim, se as constantes físicas, dimensão espaço-tempo e outras puderem variar entre ramos quânticos paralelos no nível 3, então elas também variarão entre os universos paralelos do nível 2.Em outras palavras, o multiverso de nível 3 não acrescenta nada aos multiversos do níveis 1 e 2, apenas mais cópias indistinguíveis dos mesmos universos — as mesmas velhas linhas da estória ocorrendo sucessivamente em outros ramos quânticos. A discussão acalorada sobre a teoria de Everett parece estar terminando num grande anticlímax, com a descoberta de que multiversos menos controvertidos (níveis 1 e 2) são igualmente extensos.Nem é preciso mencionar que essas idéias têm implicações profundas e os físicos estão apenas começando a explorá-las. Basta pensar, por exemplo, nas ramificações da resposta para uma questão que perdura há muito tempo: Será que o número de universos aumenta exponencialmente com o tempo? A resposta, surpreendentemente, é não. Da perspectiva do pássaro, naturalmente há somente um universo. Do ponto de vista da rã, o que importa é o número de universos perceptíveis num certo instante - isto é, o número perceptível de diferentes volumes de Hubble. Imagine que fosse possível mover os planetas aleatoriamente para novas posições; imagine se você tivesse se casado com outra pessoa e assim por diante. No nível quântico, há 10 elevado a 10118 universos com temperaturas abaixo de 108 K. É um universo vastíssimo, sem dúvida, mas finito.Da perspectiva da rã, a evolução da função de onda corresponde a uma passagem contínua de um estado para outro desses 10 elevado a 10118 estados. Suponhamos agora que você esteja no universo A, onde está lendo esta frase e agora já esteja no universo B, onde está lendo esta outra frase. Vamos pensar de outro modo: suponhamos que no universo B há um observador idêntico a um outro no universo A, exceto por um instante a mais de lembranças. Todos os estados possíveis coexistem em cada instante, de modo que o transcorrer do tempo depende do observador - uma idéia explorada no romance de ficção científica de Greg Egan, de 1994 chamada Permutation City, e desenvolvida pelos físicos David Deutsch, da University of Oxford, Julian Barbour e outros. A estrutura do multiverso pode se tornar então fundamental na compreensão da natureza do tempo.
Nível 4: Outras Estruturas Matemáticas.As condições iniciais e as constantes físicas dos multiversos de níveis 1, 2 e 3 podem variar, mas as leis fundamentais da natureza permanecem as mesmas. Por que parar por aqui? Por que não permitir que as próprias leis possam variar? Que tal conceber um universo que obedecesse às leis da física clássica sem nenhum efeito quântico? E se o tempo passasse em intervalos discretos, como ocorre para os computadores, em vez de ser contínuo? E num universo que fosse simplesmente um dodecaedro vazio? No multiverso de nível 4 todas estas realidades alternativas são possíveis.Uma pista de que tal multiverso não é apenas uma especulação absurda é a forte correspondência existente entre os mundos do raciocínio abstrato e da realidade observada. As equações e, mais genericamente, as estruturas matemáticas tais como números, vetores e objetos geométricos descrevem o mundo com considerável veracidade. Numa famosa entrevista em 1959, o físico Eugene P. Wigner argumentava que "a imensa utilidade da matemática nas ciências naturais é algo que beira o mistério". De fato, as estruturas matemáticas pareciam-lhe realmente assustadoras. Elas satisfazem um critério básico de existência objetiva: são as mesmas, independentemente de quem as estude. Um teorema é verdadeiro seja ele demonstrado por uma pessoa, por um computador ou por um golfinho inteligente. Civilizações alienígenas contemplativas poderiam dispor das mesmas estruturas matemáticas que nós. Por isso, os matemáticos costumam dizer que eles não criaram as estruturas matemáticas, mas as descobriram.Há dois paradigmas válidos, mas diametralmente opostos na correspondência entre a matemática e a física, uma dicotomia cuja argumentação remonta a Platão e Aristóteles. De acordo com o paradigma aristotélico, a realidade física é fundamental e a linguagem matemática é uma aproximação útil. De acordo com o paradigma de Platão, a estrutura matemática é a realidade verdadeira e os observadores a percebem de forma imperfeita. Em outras palavras, os dois paradigmas discordam no que é essencial, a perspectiva da rã como observadora ou a perspectiva do pássaro sobre as leis físicas. O paradigma aristotélico privilegia a perspectiva da rã enquanto o paradigma platônico assume a perspectiva do pássaro.Quando éramos crianças, muito antes de ouvirmos falar em matemática, fomos todos doutrinados com o paradigma de Aristóteles. A visão platônica foi um gosto adquirido. Os físicos teóricos modernos tendem a ser platônicos, suspeitando que a matemática seja uma descrição muito boa do Universo porque o Universo é inerentemente matemático. De acordo com esse pensamento, tudo na física se resume, em última instância a um problema matemático: um matemático com uma inteligência ilimitada e recursos poderia, em princípio, calcular a perspectiva da rã - ou seja, calcular que observadores autoconscientes contêm o Universo, o que eles percebem e que linguagem inventaram para descrever suas percepções.A estrutura matemática é um conceito abstrato, uma entidade imutável que existe além do espaço e do tempo. Se a história fosse um filme, a estrutura não corresponderia a um único fotograma, mas ao rolo de filme inteiro. Vamos imaginar, por exemplo, um mundo formado por partículas pontuais deslocando-se no espaço tridimensional. No espaço-tempo quadridimensional - a perspectiva do pássaro - as trajetórias dessas partículas se pareceriam com um emaranhado de espaguete. Se a rã vir uma partícula deslocando-se com velocidade constante, o pássaro a verá como um fio reto de espaguete cru. Se a rã vir um par de partículas orbitando, uma em torno da outra, o pássaro verá dois fios de espaguete enroscados como uma hélice dupla. Para a rã, o mundo é descrito pelas leis do movimento e da gravitação de Newton. Para o pássaro, é descrito pela geometria da pasta - uma estrutura matemática. A própria rã será uma simples porção de pasta, cujo emaranhado altamente complexo corresponde a um agrupamento de partículas armazenando e processando informações. Nosso Universo é muito mais complicado que esta analogia e os cientistas não sabem ainda a que estrutura matemática ele corresponde, se é que existe alguma.O paradigma platônico levanta a questão de por que o Universo é como é. Para um aristotélico, esta questão é insignificante: o Universo simplesmente existe. Um platônico não pode fazer nada, apenas divagar sobre por que ele não poderia ser diferente. Se o Universo for inerentemente matemático, então por que somente uma das várias estruturas matemáticas foi selecionada para descrevê-lo? Parece que bem no âmago da realidade reside uma assimetria fundamental.Para resolver esse conflito sugeri que uma simetria matemática completa seja válida, e da mesma forma, todas as estruturas matemáticas têm existência física. Cada estrutura matemática corresponde a um universo paralelo. Os elementos desse multiverso não se encontram no mesmo espaço, mas existem fora do espaço e do tempo. Muitos deles provavelmente são desprovidos de observadores. Esta hipótese pode ser encarada como uma forma de platonismo radical, ao afirmar que as estruturas matemáticas no mundo das idéias de Platão ou na "visão mental" do matemático Rudy Rucker da San Jose State University existem fisicamente. Isto é muito parecido com o que o cosmólogo John D. Barrow da University of Cambridge se refere como "PI no céu", o que o filósofo da Harvard University, Robert Nozick, já falecido, chamou de principio da fecundidade e o que o filósofo da Princeton David K. Lewis, também falecido, chamou de realismo modal. O nível 4 encerra a hierarquia de multiversos, porque qualquer teoria física básica autoconsistente pode ser descrita por algum tipo de estrutura matemática.A hipótese de multiverso de nível 4 põe em xeque algumas predições. Como no caso do nível 2, envolve um conjunto (neste caso, o domínio completo das estruturas matemáticas) e efeitos de seleção. Como os matemáticos continuam a categorizar as estruturas matemáticas, eles supõem que a estrutura que descreve o nosso mundo seja consistente com nossas observações e a mais genérica possível. Analogamente, nossas observações futuras devem ser as mais genéricas, coerentes com as nossas observações passadas, e que estas sejam as mais genéricas e compatíveis com a nossa existência.Quantificar o significado de "genérico" é um problema sério e esta questão começou a ser pesquisada somente agora. Uma característica valiosa e encorajadora das estruturas matemáticas é que as propriedades de simetria e invariância responsáveis pela simplicidade e organização do nosso Universo tendem a ser genéricas, são mais a regra que a exceção. As estruturas matemáticas tendem a tê-las por default é necessário acrescentar axiomas adicionais complicados para que elas possam prosseguir.
O que Diz Occam?
As teorias científicas de universos paralelos, formam portanto uma hierarquia de quatro níveis, na qual os universos tornam-se progressivamente mais diferentes que o nosso. Eles devem ter condições iniciais diferentes (nível 1), constantes físicas, partículas e simetrias diferentes (nível 2) ou leis físicas diferentes (nível 4). Parece até irônico que o nível 3 tenha sido o que mais gerou controvérsias nas últimas décadas, porque ele é o único que acrescenta novos tipos de universos de forma não qualitativa.Na próxima década, medições cosmológicas extremamente melhoradas da radiação de microondas de fundo e da distribuição de matéria de larga escala sustentarão ou refutarão o nível 1 através de uma melhor definição da curvatura e da topologia do espaço. Essas medições poderão testar também o nível 2, pondo à prova a teoria da inflação caótica. Os progressos tanto na astrofísica quanto na física de altas energias também poderão esclarecer até que ponto as constantes físicas estão bem sintonizadas e assim enfraquecendo ou fortalecendo o caso do nível 2.Se os esforços atuais para construir computadores quânticos forem bem-sucedidos, as medições fornecerão mais evidências para o nível 3, basicamente, explorando o paralelismo do multiverso do nível 3 para a computação paralela. Os físicos experimentais também estão procurando evidências de violação da unitariedade, o que excluiria o nível 3. Finalmente, o sucesso ou o fracasso do grande desafio da física moderna - a unificação da teoria geral da relatividade e da teoria quântica dos campos - vai dividir as opiniões sobre o nível 4. Ou vamos encontrar uma estrutura matemática que se ajuste exatamente ao nosso Universo ou vamos chegar ao limite das expectativas da efetividade da matemática e ter de abandonar esse nível.Então você deveria acreditar em universos paralelos? Os principais argumentos contra sustentam que eles são um desperdício e que são muito estranhos. O primeiro argumento afirma que a teoria de multiversos é vulnerável à navalha de Occam porque supõe a existência de outros mundos que nunca poderemos observar. Porque a natureza seria tão perdulária e incorreria nesse exagero de dispor de uma infinidade de mundos diferentes. Esse argumento pode ser revertido com um contra-argumento a favor do multiverso. O que exatamente a natureza estaria desperdiçando? Certamente não seria o espaço, a massa ou os átomos. O multiverso de nível 1 que, em princípio, é aceito sem controvérsias, já contém uma quantidade infinita de todos eles. Então quem se importaria se a natureza desperdiçasse um pouco mais?
Teoria dos universos paralelos.
Àkójọ́pọ̀ Itumọ̀ (Glossário).
Ìwé gbédègbéyọ̀ (Vocabulário).
Èrò = pensamento.
Ìjìnlẹ̀ = profundidade, intensidade.
Èrò ìjìnlẹ̀ = teoria.
Tiwọn = deles, delas.
Àwọn, wọn = eles, elas.
Àgbáyé = mundo, universo.
Ìjọra, àjọra = semelhança.
Ìfarawé = imitação, fraude, simulação.
Ìṣedédé = honestidade, retidão, exatidão.
Ìjọra, ìfarawé, ìṣedédé = paralelo.
Àfiwé lóde = paralelo.
Àfiwéra = comparação, metáfora.
Lóde = fora, exterior, do lado de fora, sem.
O Jogo de Espelhos dos Universos Paralelos
09/06/08 por Max Tegmark.
Será que existe uma cópia de você lendo esse artigo?Uma pessoa que não é você, mas vive num planeta chamado Terra com montanhas cobertas de neblina, campos férteis e cidades esparramadas em um Sistema Solar com oito outros planetas? A vida que essa pessoa leva é idêntica à sua em todos os aspectos, mas talvez ele ou ela decida abandonar este artigo antes de terminar a leitura, enquanto você contínua lendo.A idéia de um alter ego como esse é estranha à primeira vista e pouco plausível, mas parece inevitável que acabemos por aceitá-la, pois essa idéia tem sustentação em observações astronômicas. O modelo astronômico mais simples e mais comum hoje prediz que existe um gêmeo em uma galáxia a cerca de 10 elevado a 28 metros daqui. Essa distância é tão grande que está além das medidas astronômicas, mas isso não torna menos real o seu duplo-eu (doppelgänger). A estimativa decorre de leis elementares das probabilidades, sem que seja necessário lançar mão da física moderna especulativa. Simplesmente existe um espaço infinitamente grande (ou pelo menos suficientemente grande) que está praticamente todo preenchido por matéria uniformemente distribuída, como indicam as observações. Num espaço infinito, mesmo os eventos mais improváveis devem ocorrer em algum lugar. Há muitos outros planetas habitados, incluindo não só um, mas infinitos outros planetas com pessoas exatamente como você, com a sua aparência, o mesmo nome e as mesmas lembranças, alguém que já esgotou todas as possíveis combinações de escolhas da sua vida.Você provavelmente nunca verá seus outros eus. O lugar mais distante que você consegue observar é o ponto de onde a luz partiu há 14 bilhões de anos, desde que começou a expansão do Big Bang. Os objetos visíveis mais distantes estão agora a cerca de 4x1026metros de distância, o que define o nosso Universo observável, também chamado de volume de Hubble, nosso volume de horizonte ou simplesmente nosso Universo. Da mesma forma, os universos dos seus outros eus são esferas do mesmo tamanho que têm seus planetas como centro. Estes são os exemplos mais diretos de universos paralelos. Cada universo é simplesmente uma pequena parte de um "multiverso" maior.Se ficássemos apenas com esta definição de "universo" poderíamos esperar que a noção de multiverso se mantivesse para sempre no domínio da metafísica. Para se distinguira física da metafísica é preciso verificar se uma teoria pode ser testada experimentalmente e não se ela é incomum, ou envolve entidades não-observáveis. As fronteiras da física vêm se expandindo gradualmente para incorporar conceitos cada vez mais abstratos (outrora metafísicos) tais como uma Terra esférica, campos eletromagnéticos invisíveis, o tempo, que passa mais devagar em altas velocidades, as superposições quânticas, o espaço curvo e os buracos negros. Ao longo dos últimos anos o conceito de multiverso juntou-se a esta lista. Este conceito se baseia em teorias consistentes, como a relatividade e a mecânica quântica e atende aos critérios básicos de uma ciência empírica: faz predições e pode ser posta à prova. Os cientistas têm discutido a existência de pelo menos quatro tipos diferentes de universos paralelos. O ponto-chave não é discutir se o multiverso existe, mas quantos níveis ele possui.
Nível 1: Além do Horizonte CósmicoOs universos paralelos de seus Alter egos constituem o multiverso de nível 1. É o tipo menos controvertido. Todos nós aceitamos a existência de coisas que não podemos ver, mas que poderíamos ver se nos deslocássemos para um outro ponto mais adequado, ou simplesmente se esperássemos, como aquelas pessoas que ficam observando os navios desaparecerem na linha do horizonte. Objetos além do horizonte cósmico têm um status muito semelhante. O universo observável cresce à razão de um ano-luz a cada ano, à medida que a luz se desloca de um ponto muito distante até nós. Além desse ponto está uma infinitude esperando para ser vislumbrada. Você provavelmente vai morrer muito antes que seus alter egos se tomem visíveis, mas em princípio, e se a expansão cósmica colaborar, seus descendentes poderão observá-los utilizando um telescópio suficientemente poderoso.Com as devidas ressalvas o multiverso de nível 1 parece trivialmente óbvio. Como o espaço poderia não ser infinito? Existe por acaso alguma placa dizendo: "O espaço termina aqui", ou, "Cuidado com o abismo"? Se houver, o que existe além dela? Na verdade, a teoria da gravidade de Einstein põe em dúvida essa questão. O espaço poderia ser finito se tivesse uma curvatura convexa ou uma topologia incomum (isto é, falta de interconectividade). Um universo esférico, em forma de toróide (doughnut) ou de pretzel teria um volume limitado, sem bordas. A radiação cósmica de fundo permite fazer testes sensíveis de cenários como este, mas, até agora, as evidências são contrárias. Os modelos infinitos se ajustam aos dados e impõem limitações severas às concepções alternativas.Uma outra possibilidade é que o espaço seja infinito, mas a matéria esteja restrita a uma região finita em torno de nós - modelo historicamente conhecido como "universo-ilha". Uma variante deste modelo propõe que a matéria se dilui em grandes escalas de acordo com um padrão fractal. Em ambos os casos, praticamente todos os universos no multiverso de nível 1 estariam vazios e mortos. Observações recentes da distribuição tridimensional de galáxias e da radiação de fundo em microondas mostraram que o arranjo de matéria em grandes escalas não é tão uniforme quanto se supunha, não havendo estruturas coerentes maiores que cerca de 10 elevado a 1024 metros. Admitindo que esse padrão vigore, o espaço além do nosso Universo observável seria povoado por galáxias, estrelas e planetas.Observadores vivendo em universos paralelos de nível 1 estariam sujeitos às mesmas leis da física que nós, mas com condições iniciais diferentes. De acordo com as teorias atuais, os processos primordiais pós-Big Bang espalharam a matéria com um certo grau de aleatoriedade, gerando todas as combinações possíveis com probabilidade não nula. Os cosmólogos admitem que o nosso universo, com uma distribuição quase uniforme de matéria e com flutuações da densidade inicial de uma parte em 100 mil, seja uma aproximação bastante razoável (pelo menos entre os universos que contêm observadores). Essa hipótese dá respaldo à estimativa de que nossa cópia idêntica mais próxima estaria a uma distância de 10 elevado a 1028 metros. A aproximadamente 10 elevado a 1092 metros de distância, estaria uma esfera de raio de 100 anos-luz idêntica àquela centrada aqui, de modo que todas as percepções que tivéssemos durante o próximo século seriam idênticas àquelas de nossas contrapartes de lá. A cerca de 10 elevado a 10118 metros estaria em volume de Hubble completo, idêntico ao nosso.Há estimativas extremamente conservadoras, que se baseiam na simples contagem de todos os possíveis estados quânticos que um volume de Hubble pode ter, desde que sua temperatura não ultrapasse 108 K. Uma forma de se fazer esses cálculos é descobrir quantos prótons podem caber em um volume de Hubble a essa temperatura. São 10118 prótons. Cada uma dessas partículas pode estar presente ou não, o que totaliza 2 elevado a 10118 possíveis arranjos de prótons. Uma caixa contendo essa quantidade de volumes de Hubble esgotaria todas as combinações possíveis. Uma caixa dessas teria 10 elevado a 10118 metros de extensão. Além dela, os universos - incluindo o nosso - começariam a se repetir. Chegaríamos aproximadamente ao mesmo número utilizando no cálculo estimativas termodinâmicas ou quantum-gravitacionais do conteúdo de total de informação do Universo.É muito provável que seu duplo eu (doppelgänger) mais próximo esteja mais perto de você do que sugerem estes números, tendo em vista que os processos de formação do planeta e da evolução biológica conspiram a seu favor. Os astrônomos suspeitam que o nosso volume de Hubble tenha pelo menos 1020 planetas habitáveis, e alguns podem muito bem se parecer com a Terra.A estrutura do multiverso de nível 1 é usada rotineiramente para avaliar teorias da cosmologia moderna, embora isso não seja dito explicitamente. Por exemplo: imagine como os cosmólogos usaram a radiação de fundo para abolir a idéia de uma geometria esférica finita. O tamanho característico das manchas mais quentes e mais frias que aparecem nos mapas de radiação de fundo depende da curvatura do espaço. Além disso, as manchas observadas parecem pequenas demais para serem consistentes com uma forma esférica. Mas é fundamental que o rigor estatístico seja mantido. O tamanho médio das manchas varia aleatoriamente de um volume de Hubble para outro. Assim, é possível que o nosso Universo esteja zombando de nós - poderia ser esférico, mas tem manchas anormalmente pequenas. Quando os cosmólogos alegam que aboliram o modelo esférico com um nível de confiança de 99,9%, na verdade, querem dizer que se esse modelo fosse válido menos de um em cada mil volumes de Hubble mostraria manchas tão pequenas quanto as observadas.O que podemos aprender disso tudo é que a teoria do multiverso pode ser testada e invalidada mesmo que outros universos não possam ser vistos. A questão é predizer o que é o conjunto de universos paralelos e especificar uma distribuição de probabilidades ou aquilo que os matemáticos chamam de uma "medida" desse conjunto. Nosso Universo poderia estar incluído entre os mais prováveis. Se não fosse assim, de acordo com a teoria do multiverso, se vivêssemos em um universo improvável, então a teoria estaria com problemas. Como vou discutir mais adiante, o problema da medida pode tornar-se bastante desafiador.
Nível 2: Outras Bolhas Pós-InflaçãoSe é difícil aceitar o multiverso de nível 1, tente imaginar um conjunto de multiversos de nível 1 diferentes, alguns quem sabe, com diferentes dimensões espaço-tempo, onde as constantes físicas fossem diferentes. Estes outros multiversos - que formam um multiverso de nível 2 - são previstos pela teoria da inflação caótica, bastante popular atualmente.A teoria da inflação é uma extensão de teoria do Big Bang que lhe dá mais consistência, amarrando algumas pontas soltas, como por exemplo: por que o Universo é tão grande, tão uniforme e tão plano? Esta e outras dúvidas podem ser explicadas de uma só vez se pensarmos numa rápida expansão do espaço há muito tempo. Essa distensão do espaço está prevista em várias teorias de partículas elementares e é confirmada por todas as evidências disponíveis. O termo "caótico eterno" refere-se aos acontecimentos em grande escala. O espaço como um todo está se distendendo e assim continuará para sempre. No entanto, algumas regiões param de se distender e formam bolhas separadas, como bolhas de ar na massa de pão que está fermentando. Muitas bolhas como essa estão surgindo indefinidamente. Cada uma delas é um embrião de um multiverso de nível 1: dimensão infinita e preenchido por matéria depositada pelo campo de energia que provocou a inflação.Estas bolhas estão infinitamente afastadas da Terra. Você jamais chegaria lá, mesmo que viajasse indefinidamente à velocidade da luz. Isto acontece porque o espaço entre a nossa bolha e suas vizinhas está se expandindo mais rapidamente que você poderia viajar através dele. Seus descendentes nunca verão seus duplos eus em nenhum outro lugar do nível 2. Pela mesma razão, se a expansão cósmica estiver se acelerando como sugerem as observações recentes, eles não poderão ver seus alter egos nem no nível 1.O multiverso de nível 2 é muito mais diverso que o multiverso de nível 1. As bolhas variam não só nas suas condições iniciais mas também em aspectos semelhantes e imutáveis da natureza. A visão que prevalece hoje na física é que na dimensão espaço-tempo, as características das partículas elementares e muitas constantes físicas não são construídas de acordo com leis físicas, mas resultam de processos conhecidos como quebra de simetria. Por exemplo, o espaço em nosso Universo, num certo momento, pode ter tido nove dimensões, todas com o mesmo status. Nos primórdios da história cósmica, três delas participaram da expansão cósmica e se tornaram as três dimensões que conhecemos hoje. As outras seis não são observáveis neste momento, por permanecerem microscópicas com uma tipologia semelhante a um toróide, ou porque toda a matéria está confinada em uma superfície tridimensional (uma membrana, ou simples "brana") no espaço de nove dimensões.Dessa forma a simetria original entre as dimensões se quebrou. As flutuações quânticas que produzem a inflação caótica poderiam causar diferentes quebras de simetria em bolhas diferentes. Algumas se tornariam quadridimensionais, outras poderiam conter somente duas, em vez de três gerações de quarks e outras, ainda, poderiam ter uma constante cosmológica mais forte que a do nosso Universo.Uma outra forma de produzir um multiverso de nível 2 seria através de ciclos de nascimento e destruição de universos. Essa idéia foi apresentada cientificamente pelo físico Richard C. Tolman nos anos 30 e recentemente implantada por Paul J. Steinhardt da Princeton University e por Neil Turok da University of Cambridge. A proposta de Steinhardt e Turok e os modelos relacionados envolvem uma segunda membrana tridimensional bastante paralela à nossa, simplesmente deslocada numa dimensão mais alta. Este universo paralelo não é realmente um universo à parte porque interage com o nosso. Mas o conjunto de universos - passado, presente e futuro - que estas membranas criam, formaria um multiverso que teria, indiscutivelmente, uma diversidade semelhante àquela produzida pela inflação caótica. Uma idéia proposta pelo físico Lee Smolim do Perimeter Institute em Waterloo (Ontário), envolve mais um outro multiverso com diversidade semelhante ao de nível 2 que modifica e faz surgir novos universos por meio de buracos negros e não através da física de branas.Embora não possamos interagir com outros universos paralelos de nível 2, os cosmólogos são capazes de inferir a presença deles indiretamente, porque sua existência pode justificar coincidências inexplicáveis que ocorrem no nosso Universo. Imagine, por exemplo, que ao se registrar num hotel lhe é entregue a chave da suíte 1967 e você percebe que esse é exatamente o ano do seu nascimento. "Que coincidência!"- você pensaria. Depois de alguns minutos de reflexão, você poderia perceber que não é tão surpreendente assim. O hotel tem centenas de quartos e você nem teria pensado nisso se lhe tivesse sido dado um outro apartamento com um número que não significasse nada para você. Este exemplo, nos mostra que, mesmo sem saber nada de hotéis, você pode inferir a existência de outros apartamentos no hotel de modo a explicar a coincidência.Vejamos um exemplo mais representativo. Pense na massa do Sol. A massa de uma estrela determina a sua luminosidade e, utilizando equações da física básica, podemos mostrar através de cálculos que a vida, como a conhecemos na Terra, é viável somente se a massa do Sol estiver numa faixa estreita entre 1,6 x 1030 e 2,4 x 1030 kg. Caso contrário, a temperatura da Terra seria muito mais baixa que a de Marte ou muito mais alta que a de Vênus. A massa solar medida é de 2 x 1030 kg. A primeira vista, esta coincidência aparente entre as condições de vida na Terra e o valor observado da massa do Sol, parece ser o cúmulo da sorte. As massas estelares variam de 1029 a 1032 kg, de modo que, se o Sol adquire sua massa através de um processo aleatório, haveria somente uma pequena chance de estar numa faixa que privilegia a vida. Mas, exatamente como no caso do quarto de hotel, pode-se explicar essa coincidência aparente imaginando um conjunto (no caso, um número de sistemas planetários) e um efeito de seleção (prova de que nos encontramos num planeta habitável). Esses efeitos de seleção relacionados ao observador são conhecidos como "antrópicos" e embora "uma palavra" seja suficiente para criar polêmica, os físicos em geral concordam que esses efeitos de seleção não podem ser desprezados ao se testar teorias básicas.O que se pode aplicar aos quartos de hotel e aos sistemas planetários também se pode considerar para universos paralelos. A maioria, se não todos, dos atributos criados pela quebra de simetria parece estar bem afinada. Se alterássemos os volumes dos universos paralelos de pequenas quantidades o resultado seria um universo qualitativamente diferente — um universo onde provavelmente não existiríamos. Se os prótons fossem 0,2% mais pesados decairiam em nêutrons, desestabilizando os átomos. Se a força eletromagnética fosse 4% mais fraca não haveria hidrogênio nem estrelas comuns. Se a interação fraca fosse muito mais fraca, o hidrogênio não existiria; se fosse muito mais forte, as supernovas não poderiam semear o espaço com os elementos pesados. Se a constante cosmológica fosse muito maior, o Universo teria se despedaçado antes de as galáxias se formarem.Embora o grau de sintonia fina ainda esteja em debate, estes exemplos sugerem a existência de universos paralelos com outros valores de constantes. A teoria do multiverso de nível 2 prevê que os físicos nunca serão capazes de determinar os valores dessas constantes a partir de princípios fundamentais. Eles simplesmente vão calcular distribuições de probabilidade para os resultados que esperam encontrar, levando em conta os efeitos de seleção. O resultado seria genérico o suficiente para justificar nossa existência.Nível 3, Quantum de Muitos Mundos .Os multiversos de nível 1 e 2 envolvem mundos paralelos infinitamente afastados, além do domínio dos próprios astrônomos. Mas o próximo nível de multiverso está bem perto de você. Surge da famosa interpretação controvertida sobre os multimundos da mecânica quântica - a idéia de que processos quânticos aleatórios fazem o Universo se ramificar em múltiplas cópias, uma para cada resultado possível.No início do século 20 a teoria da mecânica quântica revolucionou a física explicando que o reino atômico não obedece às leis clássicas da mecânica newtoniana. Apesar dos êxitos da teoria, surgiu um debate caloroso em torno do seu real significado. A teoria define o estado do Universo não em termos clássicos, como a posição e velocidade de todas as partículas, mas em termos de um recurso matemático chamado função de onda. De acordo com a equação de Schrödinger, esse estado evolui no tempo de uma forma que os matemáticos denominam "unitário", o que quer dizer que a função de onda gira num espaço abstrato de dimensões infinitas, o espaço de Hilbert. Embora a mecânica quântica seja comumente descrita como inerentemente aleatória e incerta, a função de onda evolui de forma determinística. Quanto a isso, não há dúvida ou aleatoriedade.A parte mais complicada está em se conseguir associar esta função de onda ao que é observado. Muitas funções de onda legítimas correspondem a situações que vão contra a intuição, como o caso do gato que, ao mesmo tempo, está vivo e morto, na chamada superposição. Na década de 20, os físicos tentaram justificar esses fatos estranhos afirmando que a função de onda "colapsava" em certos casos clássicos bem definidos, toda vez que alguém fazia uma observação. Esse postulado, que deveria servir para explicar as observações, tornou-se uma teoria elegante e unitária dentro de uma outra teoria não-unitária. A aleatoriedade intrínseca normalmente atribuída à mecânica quântica é o resultado desse postulado. Ao longo dos anos, muitos físicos abandonaram essa visão em benefício de uma outra perspectiva desenvolvida, em 1957, por um aluno de graduação de Princeton, Hugh Everett III. Ele mostrou que o postulado do colapso é desnecessário. A teoria quântica original, na verdade, não é contraditória. Embora ela prediga que uma realidade clássica gradualmente se subdivide em superposições de muitas dessas realidades, os observadores subjetivamente experimentam esta subdivisão simplesmente como uma leve aleatoriedade, com probabilidades que concordam com as do antigo postulado do colapso. Esta superposição de mundos clássicos constitui o multiverso de nível 3.A interpretação de mundos múltiplos de Everett vem surpreendendo os físicos e outros especialistas por mais de quatro décadas. Tudo se toma mais fácil de assimilar quando se percebe que uma teoria física pode ser vista de duas formas: a visão externa, a de um físico estudando as equações matemáticas, como um pássaro descortinando a paisagem a partir de um ponto elevado, e a visão interna de um observador vivendo no mundo descrito pelas equações, como uma rã, na paisagem do pássaro.Do ponto de vista do pássaro, o multiverso de nível 3 é simples. Há somente uma função de onda. Ela evolui suavemente e de forma determinística ao longo do tempo sem nenhum tipo de divisão ou paralelismo. O mundo quântico abstrato descrito por essa função de onda evolvente, contém, em si, um número enorme de linhas clássicas de estórias paralelas, continuamente se dividindo e se misturando, assim como muitos fenômenos quânticos que precisam ser descritos classicamente. Da perspectiva da rã, os observadores percebem somente uma pequena fração de toda a realidade. Eles conseguem ver seu próprio universo de nível 1, mas um processo chamado de decoerência — que imita o colapso da função de onda e ao mesmo tempo preserva a unitariedade - os impede de ver as cópias paralelas de nível 3 de si mesmos.Sempre que uma pergunta é feita a um observador, uma rápida decisão é tomada para dar a resposta. Os efeitos quânticos são interpretados pelo seu cérebro como uma superposição de resultados, tais como "Continue a ler o artigo" e "Pare de ler o artigo". Da perspectiva do pássaro, o ato de tomar uma decisão faz com que a pessoa se divida em múltiplas cópias: uma que continua a ler e outra que pára de ler. Da perspectiva da rã, no entanto, cada um desses alter egos não tem conhecimento dos demais e interpreta a ramificação como uma ligeira aleatoriedade: uma certa probabilidade de continuar a ler ou de parar de ler.Por mais estranho que possa parecer, acontece exatamente a mesma coisa até no multiverso de nível 1. Evidentemente, você decidiu continuar a ler o artigo, mas um de seus alter egos, em uma galáxia distante, abandonou a revista depois de ler o primeiro parágrafo. A única diferença entre o nível 1 e o 3 está em saber onde vivem seus alter egos. No nível 1 eles vivem em algum lugar, no nosso velho conhecido espaço tridimensional. No nível 3 eles vivem em um outro nível quântico do espaço de Hilbert de infinitas dimensões.
Buracos Negros e Informação:A existência do nível 3 depende de uma hipótese fundamental: a evolução temporal da função de onda deve ser unitária. Até agora os experimentos não constataram nenhuma falta de unitariedade. Nas últimas décadas a unitariedade tem sido confirmada, inclusive em sistemas maiores, incluindo as moléculas de carbono 60, fulerenos e fibras ópticas de quilômetros de comprimento. Do ponto de vista teórico, o caso da unitariedade foi reforçado pela descoberta da decoerência. Alguns teóricos que trabalham com a gravidade quântica têm questionado a unitariedade. Um argumento é que a evaporação de buracos negros deve destruir a informação que poderia ser um processo não-unitário. Um avanço fabuloso recente na teoria das cordas, conhecido como a correspondência AdS/CFT, sugere que até a gravidade quântica é unitária. Se isto for verdade, os buracos negros não destroem a informação, mas a transmitem para outro lugar.Se a física fosse unitária, mudaria a concepção do quadro padrão sobre como as flutuações quânticas funcionavam nos primórdios do Big Bang. As flutuações não geravam condições iniciais ao acaso. Ao contrário, geravam uma superposição quântica de todas as possíveis condições iniciais que coexistiam. A decoerência produziu então essas condições iniciais de comportamento clássico em ramos quânticos separados. Eis aí um ponto crucial: a distribuição de respostas em ramos quânticos diferentes em um dado volume de Hubble (nível 3) é idêntica à distribuição de respostas em diferentes volumes de Hubble dentro de um único ramo quântico (nível 1). Esta propriedade das flutuações quânticas é conhecida em mecânica estatística como ergodicidade.O mesmo raciocínio se aplica ao nível 2. O processo de quebra de simetria não produz um único resultado, ao contrário, uma superposição de todos os resultados, que rapidamente passam para suas formas separadas. Assim, se as constantes físicas, dimensão espaço-tempo e outras puderem variar entre ramos quânticos paralelos no nível 3, então elas também variarão entre os universos paralelos do nível 2.Em outras palavras, o multiverso de nível 3 não acrescenta nada aos multiversos do níveis 1 e 2, apenas mais cópias indistinguíveis dos mesmos universos — as mesmas velhas linhas da estória ocorrendo sucessivamente em outros ramos quânticos. A discussão acalorada sobre a teoria de Everett parece estar terminando num grande anticlímax, com a descoberta de que multiversos menos controvertidos (níveis 1 e 2) são igualmente extensos.Nem é preciso mencionar que essas idéias têm implicações profundas e os físicos estão apenas começando a explorá-las. Basta pensar, por exemplo, nas ramificações da resposta para uma questão que perdura há muito tempo: Será que o número de universos aumenta exponencialmente com o tempo? A resposta, surpreendentemente, é não. Da perspectiva do pássaro, naturalmente há somente um universo. Do ponto de vista da rã, o que importa é o número de universos perceptíveis num certo instante - isto é, o número perceptível de diferentes volumes de Hubble. Imagine que fosse possível mover os planetas aleatoriamente para novas posições; imagine se você tivesse se casado com outra pessoa e assim por diante. No nível quântico, há 10 elevado a 10118 universos com temperaturas abaixo de 108 K. É um universo vastíssimo, sem dúvida, mas finito.Da perspectiva da rã, a evolução da função de onda corresponde a uma passagem contínua de um estado para outro desses 10 elevado a 10118 estados. Suponhamos agora que você esteja no universo A, onde está lendo esta frase e agora já esteja no universo B, onde está lendo esta outra frase. Vamos pensar de outro modo: suponhamos que no universo B há um observador idêntico a um outro no universo A, exceto por um instante a mais de lembranças. Todos os estados possíveis coexistem em cada instante, de modo que o transcorrer do tempo depende do observador - uma idéia explorada no romance de ficção científica de Greg Egan, de 1994 chamada Permutation City, e desenvolvida pelos físicos David Deutsch, da University of Oxford, Julian Barbour e outros. A estrutura do multiverso pode se tornar então fundamental na compreensão da natureza do tempo.
Nível 4: Outras Estruturas Matemáticas.As condições iniciais e as constantes físicas dos multiversos de níveis 1, 2 e 3 podem variar, mas as leis fundamentais da natureza permanecem as mesmas. Por que parar por aqui? Por que não permitir que as próprias leis possam variar? Que tal conceber um universo que obedecesse às leis da física clássica sem nenhum efeito quântico? E se o tempo passasse em intervalos discretos, como ocorre para os computadores, em vez de ser contínuo? E num universo que fosse simplesmente um dodecaedro vazio? No multiverso de nível 4 todas estas realidades alternativas são possíveis.Uma pista de que tal multiverso não é apenas uma especulação absurda é a forte correspondência existente entre os mundos do raciocínio abstrato e da realidade observada. As equações e, mais genericamente, as estruturas matemáticas tais como números, vetores e objetos geométricos descrevem o mundo com considerável veracidade. Numa famosa entrevista em 1959, o físico Eugene P. Wigner argumentava que "a imensa utilidade da matemática nas ciências naturais é algo que beira o mistério". De fato, as estruturas matemáticas pareciam-lhe realmente assustadoras. Elas satisfazem um critério básico de existência objetiva: são as mesmas, independentemente de quem as estude. Um teorema é verdadeiro seja ele demonstrado por uma pessoa, por um computador ou por um golfinho inteligente. Civilizações alienígenas contemplativas poderiam dispor das mesmas estruturas matemáticas que nós. Por isso, os matemáticos costumam dizer que eles não criaram as estruturas matemáticas, mas as descobriram.Há dois paradigmas válidos, mas diametralmente opostos na correspondência entre a matemática e a física, uma dicotomia cuja argumentação remonta a Platão e Aristóteles. De acordo com o paradigma aristotélico, a realidade física é fundamental e a linguagem matemática é uma aproximação útil. De acordo com o paradigma de Platão, a estrutura matemática é a realidade verdadeira e os observadores a percebem de forma imperfeita. Em outras palavras, os dois paradigmas discordam no que é essencial, a perspectiva da rã como observadora ou a perspectiva do pássaro sobre as leis físicas. O paradigma aristotélico privilegia a perspectiva da rã enquanto o paradigma platônico assume a perspectiva do pássaro.Quando éramos crianças, muito antes de ouvirmos falar em matemática, fomos todos doutrinados com o paradigma de Aristóteles. A visão platônica foi um gosto adquirido. Os físicos teóricos modernos tendem a ser platônicos, suspeitando que a matemática seja uma descrição muito boa do Universo porque o Universo é inerentemente matemático. De acordo com esse pensamento, tudo na física se resume, em última instância a um problema matemático: um matemático com uma inteligência ilimitada e recursos poderia, em princípio, calcular a perspectiva da rã - ou seja, calcular que observadores autoconscientes contêm o Universo, o que eles percebem e que linguagem inventaram para descrever suas percepções.A estrutura matemática é um conceito abstrato, uma entidade imutável que existe além do espaço e do tempo. Se a história fosse um filme, a estrutura não corresponderia a um único fotograma, mas ao rolo de filme inteiro. Vamos imaginar, por exemplo, um mundo formado por partículas pontuais deslocando-se no espaço tridimensional. No espaço-tempo quadridimensional - a perspectiva do pássaro - as trajetórias dessas partículas se pareceriam com um emaranhado de espaguete. Se a rã vir uma partícula deslocando-se com velocidade constante, o pássaro a verá como um fio reto de espaguete cru. Se a rã vir um par de partículas orbitando, uma em torno da outra, o pássaro verá dois fios de espaguete enroscados como uma hélice dupla. Para a rã, o mundo é descrito pelas leis do movimento e da gravitação de Newton. Para o pássaro, é descrito pela geometria da pasta - uma estrutura matemática. A própria rã será uma simples porção de pasta, cujo emaranhado altamente complexo corresponde a um agrupamento de partículas armazenando e processando informações. Nosso Universo é muito mais complicado que esta analogia e os cientistas não sabem ainda a que estrutura matemática ele corresponde, se é que existe alguma.O paradigma platônico levanta a questão de por que o Universo é como é. Para um aristotélico, esta questão é insignificante: o Universo simplesmente existe. Um platônico não pode fazer nada, apenas divagar sobre por que ele não poderia ser diferente. Se o Universo for inerentemente matemático, então por que somente uma das várias estruturas matemáticas foi selecionada para descrevê-lo? Parece que bem no âmago da realidade reside uma assimetria fundamental.Para resolver esse conflito sugeri que uma simetria matemática completa seja válida, e da mesma forma, todas as estruturas matemáticas têm existência física. Cada estrutura matemática corresponde a um universo paralelo. Os elementos desse multiverso não se encontram no mesmo espaço, mas existem fora do espaço e do tempo. Muitos deles provavelmente são desprovidos de observadores. Esta hipótese pode ser encarada como uma forma de platonismo radical, ao afirmar que as estruturas matemáticas no mundo das idéias de Platão ou na "visão mental" do matemático Rudy Rucker da San Jose State University existem fisicamente. Isto é muito parecido com o que o cosmólogo John D. Barrow da University of Cambridge se refere como "PI no céu", o que o filósofo da Harvard University, Robert Nozick, já falecido, chamou de principio da fecundidade e o que o filósofo da Princeton David K. Lewis, também falecido, chamou de realismo modal. O nível 4 encerra a hierarquia de multiversos, porque qualquer teoria física básica autoconsistente pode ser descrita por algum tipo de estrutura matemática.A hipótese de multiverso de nível 4 põe em xeque algumas predições. Como no caso do nível 2, envolve um conjunto (neste caso, o domínio completo das estruturas matemáticas) e efeitos de seleção. Como os matemáticos continuam a categorizar as estruturas matemáticas, eles supõem que a estrutura que descreve o nosso mundo seja consistente com nossas observações e a mais genérica possível. Analogamente, nossas observações futuras devem ser as mais genéricas, coerentes com as nossas observações passadas, e que estas sejam as mais genéricas e compatíveis com a nossa existência.Quantificar o significado de "genérico" é um problema sério e esta questão começou a ser pesquisada somente agora. Uma característica valiosa e encorajadora das estruturas matemáticas é que as propriedades de simetria e invariância responsáveis pela simplicidade e organização do nosso Universo tendem a ser genéricas, são mais a regra que a exceção. As estruturas matemáticas tendem a tê-las por default é necessário acrescentar axiomas adicionais complicados para que elas possam prosseguir.
O que Diz Occam?
As teorias científicas de universos paralelos, formam portanto uma hierarquia de quatro níveis, na qual os universos tornam-se progressivamente mais diferentes que o nosso. Eles devem ter condições iniciais diferentes (nível 1), constantes físicas, partículas e simetrias diferentes (nível 2) ou leis físicas diferentes (nível 4). Parece até irônico que o nível 3 tenha sido o que mais gerou controvérsias nas últimas décadas, porque ele é o único que acrescenta novos tipos de universos de forma não qualitativa.Na próxima década, medições cosmológicas extremamente melhoradas da radiação de microondas de fundo e da distribuição de matéria de larga escala sustentarão ou refutarão o nível 1 através de uma melhor definição da curvatura e da topologia do espaço. Essas medições poderão testar também o nível 2, pondo à prova a teoria da inflação caótica. Os progressos tanto na astrofísica quanto na física de altas energias também poderão esclarecer até que ponto as constantes físicas estão bem sintonizadas e assim enfraquecendo ou fortalecendo o caso do nível 2.Se os esforços atuais para construir computadores quânticos forem bem-sucedidos, as medições fornecerão mais evidências para o nível 3, basicamente, explorando o paralelismo do multiverso do nível 3 para a computação paralela. Os físicos experimentais também estão procurando evidências de violação da unitariedade, o que excluiria o nível 3. Finalmente, o sucesso ou o fracasso do grande desafio da física moderna - a unificação da teoria geral da relatividade e da teoria quântica dos campos - vai dividir as opiniões sobre o nível 4. Ou vamos encontrar uma estrutura matemática que se ajuste exatamente ao nosso Universo ou vamos chegar ao limite das expectativas da efetividade da matemática e ter de abandonar esse nível.Então você deveria acreditar em universos paralelos? Os principais argumentos contra sustentam que eles são um desperdício e que são muito estranhos. O primeiro argumento afirma que a teoria de multiversos é vulnerável à navalha de Occam porque supõe a existência de outros mundos que nunca poderemos observar. Porque a natureza seria tão perdulária e incorreria nesse exagero de dispor de uma infinidade de mundos diferentes. Esse argumento pode ser revertido com um contra-argumento a favor do multiverso. O que exatamente a natureza estaria desperdiçando? Certamente não seria o espaço, a massa ou os átomos. O multiverso de nível 1 que, em princípio, é aceito sem controvérsias, já contém uma quantidade infinita de todos eles. Então quem se importaria se a natureza desperdiçasse um pouco mais?
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