Os filósofos debateram a natureza do “nada” durante milhares de anos, mas o que tem a ciência moderna a dizer sobre isso? Em entrevista ao The Conversation, Martin Rees, Astrônomo Real e Professor Emérito de Cosmologia e Astrofísica da Universidade de Cambridge, explica que quando os físicos falam de nada, eles significam espaço vazio (vácuo). Isto pode parecer simples, mas experiências mostram que o espaço vazio não é realmente vazio – há uma misteriosa energia latente nele que pode nos dizer algo sobre o destino do universo.

Rees foi entrevistado para o podcast de The Conversation’s Anthill no Nada. Este Q&A é baseado numa transcrição editada dessa entrevista.

Q: O espaço vazio é realmente o mesmo que nada?

A: O espaço vazio parece não ser nada para nós. Por analogia, a água pode parecer nada para um peixe – é o que resta quando você tira todas as outras coisas que flutuam no mar. Da mesma forma, o espaço vazio é conjecturado para ser bastante complicado.

Sabemos que o universo é muito vazio. A densidade média do espaço é cerca de um átomo em cada dez metros cúbicos – muito mais rarefeito do que qualquer vácuo que possamos alcançar na Terra. Mas mesmo se retirarmos toda a matéria, o espaço tem uma espécie de elasticidade que (como foi recentemente confirmado) permite que ondas gravitacionais – ondulações no próprio espaço – se propaguem através dele. Além disso, aprendemos que existe um tipo exótico de energia no próprio espaço vazio.

Q: Aprendemos pela primeira vez sobre esta energia de vácuo no século XX com a ascensão da mecânica quântica, que governa o minúsculo mundo dos átomos e partículas. Ela sugere que o espaço vazio é composto por um campo de energia de fundo flutuante – dando origem a ondas e partículas virtuais que surgem e saem da existência. Elas podem até criar uma força minúscula. Mas e o espaço vazio em grandes escalas?

A: O facto de o espaço vazio exercer uma força em grande escala foi descoberto há 20 anos atrás. Os astrônomos descobriram que a expansão do universo estava se acelerando. Isto foi uma surpresa. A expansão era conhecida há mais de 50 anos, mas todos esperavam que ela estivesse diminuindo devido à atração gravitacional que as galáxias e outras estruturas exercem umas sobre as outras. Foi, portanto, uma grande surpresa descobrir que essa desaceleração devido à gravidade foi esmagada por algo “empurrando” a expansão. Existe, por assim dizer, energia latente no próprio espaço vazio, o que causa uma espécie de repulsão que supera a atração da gravidade nessas grandes escalas. Este fenómeno – apelidado de energia escura – é a manifestação mais dramática do facto de o espaço vazio não ser desprovido de características e irrelevante. Na verdade, ele determina o destino a longo prazo do nosso universo.

Q: Mas será que existe um limite para o que podemos saber? Numa escala de um trilhão de trilhões de vezes menor que um átomo, flutuações quânticas no espaço-tempo podem dar origem não apenas a partículas virtuais, mas a buracos negros virtuais. Este é um intervalo que não podemos observar, e onde temos de combinar teorias da gravidade com a mecânica quântica para sondar o que acontece teoricamente – algo que é notoriamente difícil de fazer.

A: Há várias teorias que visam compreender isto, sendo a mais famosa a teoria das cordas. Mas nenhuma dessas teorias ainda está envolvida com o mundo real – portanto, ainda são especulações não testadas. Mas eu acho que quase todos aceitam que o espaço em si pode ter uma estrutura complicada nesta escala minúscula, onde os efeitos gravitacionais e quânticos se encontram.

Sabemos que nosso universo tem três dimensões no espaço: você pode ir para a esquerda e para a direita, para trás e para frente, para cima e para baixo. O tempo é como uma quarta dimensão. Mas é uma forte suspeita de que se você fosse ampliar um pequeno ponto no espaço para que você estivesse sondando esta pequena, pequena escala… você descobriria que é um origami bem ferido em cerca de cinco dimensões extras que não vemos. É como quando se olha para uma mangueira de um longo caminho, pensa-se que é apenas uma linha. Mas quando você olha mais de perto, você vê que uma dimensão era de fato três dimensões. A teoria das cordas envolve matemática complexa – assim como as teorias rivais. Mas esse é o tipo de teoria que vamos precisar se quisermos compreender ao nível mais profundo o mais próximo do nada que podemos imaginar: nomeadamente o espaço vazio.

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Q: Dentro do nosso entendimento actual, como podemos explicar todo o nosso universo a expandir-se do nada? Poderia realmente começar de um pouco de energia de vácuo flutuante?

A: Alguma misteriosa transição ou flutuação poderia de repente ter desencadeado uma parte do espaço para se expandir – pelo menos é isso que alguns teóricos pensam. As flutuações intrínsecas à teoria quântica seriam capazes de abalar todo o universo se ela fosse espremida a uma escala suficientemente pequena. Isso aconteceria em um tempo de cerca de 10-44 segundos – o que é chamado de tempo de Planck. Essa é uma escala quando o tempo e o espaço estão entrelaçados, de modo que a ideia de um relógio a correr não faz sentido. Podemos extrapolar nosso universo com alta confiança de volta a um nanossegundo, e com alguma confiança bem mais próxima do tempo de Planck. Mas depois disso, todas as apostas estão canceladas porque … a física nesta escala tem de ser substituída por alguma teoria grandiosa e mais complicada.

Q: Se é possível que uma flutuação de alguma parte aleatória do espaço vazio tenha dado origem ao universo, porque não poderia acontecer exactamente a mesma coisa noutra parte do espaço vazio – dando origem a universos paralelos num multiverso infinito?

A: A ideia de que o nosso Big Bang não é o único e que o que vemos com os nossos telescópios é uma fracção minúscula da realidade física é popular entre muitos físicos. E há muitas versões de um universo cíclico. Foi apenas há 50 anos que surgiram as primeiras fortes evidências de um Big Bang. Mas desde então tem havido especulações sobre se este é apenas um episódio num universo cíclico. E tem havido uma tração crescente para o conceito de que há muito mais na realidade física do que o volume de espaço e tempo que podemos sondar – mesmo com os telescópios mais poderosos.

Então não temos idéia se houve um Big Bang ou muitos – há cenários que prevêem muitos Big Bangs e alguns que prevêem um. Eu acho que devemos explorá-los todos.

Q: Como o universo vai acabar?

A: A previsão de longo alcance mais simples prevê que o universo continua a expandir-se a um ritmo cada vez mais acelerado, torna-se cada vez mais vazio e cada vez mais frio. As partículas nele contidas podem se decompor, fazendo com que a diluição prossiga indefinidamente. Acabaríamos, de certa forma, com um enorme volume de espaço, mas seria ainda mais vazio do que o espaço é agora. Esse é um cenário, mas há outros que envolvem a “direção” da energia escura invertendo-se da repulsão para a atração, de modo que haverá um colapso para uma chamada “Grande Crise”, quando a densidade se dirige novamente para o infinito.

Há também uma ideia, devido ao físico Roger Penrose, de que o universo continua a expandir-se, tornando-se cada vez mais diluído, mas de alguma forma – quando não tem nada para além dos fotões, partículas de luz – as coisas podem ser “redimensionadas”, para que depois desta enorme diluição, o espaço se torne num certo sentido o gerador de algum novo Big Bang. Então essa é uma versão bastante exótica do velho universo cíclico – mas por favor não me peça para explicar as idéias de Penrose.

Q: Quão confiante você está de que a ciência pode acabar por quebrar o que nada é? Mesmo que pudéssemos provar que nosso universo começou a partir de alguma flutuação estranha de um campo de vácuo, não temos que perguntar de onde veio esse campo de vácuo?

A: As ciências tentam responder perguntas, mas toda vez que respondemos, novas perguntas entram em foco – nunca teremos um quadro completo. Quando eu estava começando a pesquisar no final dos anos 60, era controverso se tinha havido um Big Bang ou não. Agora isso já não é controverso, e podemos dizer com cerca de 2% de precisão como era o universo desde os actuais 13,8 mil milhões de anos até um nanossegundo. Isso é um enorme progresso. Portanto, não é absurdamente otimista acreditar que nos próximos 50 anos, as questões desafiadoras sobre o que acontece nas eras quânticas ou “inflacionárias” serão entendidas.

Mas é claro que isto levanta outra questão: quanto da ciência vai ser acessível ao cérebro humano? Pode acontecer, por exemplo, que a matemática da teoria das cordas seja, em certo sentido, uma descrição correta da realidade, mas que nunca seremos capazes de entendê-la suficientemente bem para verificá-la contra qualquer observação genuína. Então talvez tenhamos que esperar o surgimento de algum tipo de pós-humano para obter uma compreensão mais completa.

Mas todo aquele que pondera estes mistérios deve perceber que o espaço vazio do físico – o vácuo – não é o mesmo que o “nada” do filósofo.