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Por que tempo e espaço podem ser ilusões

Publicado: Atualizado:
CRAB NEBULA
NASA, ESA, Allison Loll/Jeff Hester
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No ano passado, o mundo da física comemorou os 100 anos da teoria da relatividade geral de Albert Einstein, que forma a fundação do nosso entendimento moderno da força da gravidade.

A criação de Einstein foi o antídoto definitivo contra uma atitude blasé que às vezes contamina até mesmo os cientistas.

Ela abriu um universo que nunca deixa de nos surpreender - buracos negros, o big bang, energias escuras, ondas gravitacionais --, tirando-nos das trilhas de pensamento em que caímos com tanta facilidade.

Mas a tinta da teoria mal tinha secado no papel quando Einstein viu um problema. Ela contradizia a mecânica quântica, sugerindo que os físicos precisavam de uma teoria ainda mais profunda para unificar esses dois pulares da física fundamental.

Em junho de 1916, Einstein escreveu: "A teoria quântica teria de modificar não só a eletrodinâmica de Maxwell mas também a nova teoria da gravitação".

Foi um insight e tanto quando você considera quem a teoria quântica ainda nem sequer existia. Era uma ideia ainda nebulosa, que ainda levaria uma década para se formar completamente. Portanto, estamos comemorando o centenário não só da teoria de Einstein, mas também o longo caminho para suplantá-la.

Uma teoria da gravitação também é uma teoria do espaço e do tempo.

Enquanto a teoria da relatividade geral levou uma década para ser formulada por um gênio, essa teoria mais profunda - conhecida como teoria da gravitação quântica - confunde gerações de gênios há um século.

Em parte, os físicos são vítimas de seus sucessos passados: quando você conquista algo na vida, torna-se mais exigente, o que dificulta os passos seguintes.

Mas a gravitação quântica também é uma teoria do tempo e do espaço - esse foi o maior insight de Einstein. Mas os físicos sempre formularam suas teorias considerando o tempo e o espaço.

Portanto, uma teoria da gravitação engole o próprio rabo. Ela supõe, por exemplo, que a passagem do tempo varia, mas a palavra "varia" conota um processo temporal. Se o tempo está variando, então a própria razão segundo a qual ele está variando também varia. Pode-se criar um paradoxo.

Essa circularidade conceitual cria dificuldades matemáticas estranhas. Por exemplo, o pequeno "t" que os físicos usam para denotar tempo desaparece das equações, o que os impossibilidade de explicar mudanças no mundo. Para descrever o que acontece, os físicos precisam ir além do tempo e do espaço. E o que significa isso? Tal ideia nos conduz à força (literalmente) a terrenos desconhecidos.

pillars of creation

Eagle Nebula's Pillars of Creation. (NASA, ESA/Hubble)

Teoria das cordas, gravidade quântica em loop, teoria da causalidade: estas são apenas algumas das abordagens teóricas. Naturalmente, os defensores de cada uma delas estão convencidos de que os outros estão equivocados ou estão produzindo má ciência.

Mas quando você dá um passo para trás e se afasta um pouco dessa disputa, nota que todos concordam com uma lição essencial: o tempo-espaço que habitamos é uma construção. Não é fundamental na natureza, mas emerge de um nível mais profundo de realidade.

De um jeito ou de outro, ele consiste de blocos primitivos - "átomos" de espaço - e assume suas propriedades conhecidas de acordo como os blocos são encaixados.

Esses "átomos" claramente não são nada parecidos com átomos comuns, como oxigênio ou hidrogênio. Primeiro, eles não são minúsculos, porque a palavra "minúsculo" é uma descrição espacial, e esses átomos estão criando espaço, não pressupondo sua existência.

Mas muitos dos mesmos princípios se aplicam. A água, por exemplo, consiste de moléculas de H2O. Ela pode mudar de estado - congelar ou ferver --, conforme as moléculas se rearranjam em estruturas diferentes. O mesmo pode ser verdade para o espaço.

Se esses átomos puderem se arranjar para formar o espaço, presumivelmente eles também poderiam se rearranjar para formar outras estruturas. E isso pode explicar muitos dos mistérios da física moderna.

"As leis ordinárias da física, operando sob o tempo, não inerentemente incapazes de explicar o começo do tempo."

Considere os buracos negros. Se, Deus nos livre, cairmos num deles, a teoria de Einstein prevê que você morreria. Mas isso seria só o começo.

Os átomos do seu corpo simplesmente desapareceriam. Nada de "do pó viestes, ao pó retornarás". As novas teorias do tempo-espaço sugerem uma figura diferente, segundo a qual o espaço muda de estado nos buracos negros.

O buraco negro não tem um volume inteior; seu perímetro marca o ponto onde o espaço derrete. O resultado é um novo estado, que não é mais espacial e é difícil de imaginar em termos humanos. Se você caísse num buraco negro, provavelmente morreria, mas os átomos do seu corpo tomariam novas formas.

Considere também o big bang. Como os buracos negros, ele também sempre foi uma espécie de paradoxo. As leis ordinárias da física, operando sob o tempo, não inerentemente incapazes de explicar o começo do tempo.

Segundo essas leis, alguma coisa tem de vir antes do big bang, para que a explosão possa acontecer. Mas não deveria haver nada antes do big bang. Uma maneira de entender o big bang é pensar nele não como o começo, mas como uma transição, quando o espaço se cristalizou.

sombrero galaxy

Sombrero galaxy. (ESA/Hubble & NASA)

Finalmente, considere o fenômeno misterioro da não-localidade quântica - o que Einstein chamou de "ação fantasmagórica à distância".

Duas ou mais partículas podem agir de maneira coordenada, independentemente da distância que as separe. E essa coordenação não depende de ondas sonoras, sinais de rádio ou qualquer outro tipo de comunicação. Elas se comportam como se não estivessem de fato separadas.

E uma explicação possível para isso é que as partículas podem ter raízes no nível de realidade mais profundo em que a distância não tem significado.

Certamente isso tudo ainda é especulação - mas uma especulação qualificada. Os cientistas não tiveram essa ideia tomando uma cerveja depois do trabalho. Elas são resultado da combinação dos princípios da teoria de Einstein e da teoria quântica.

Pela própria natureza da ciência, não sabemos o que essas ideias significam e nem sequer se elas estão corretas. Mas sabemos que ainda não sabemos tudo sobre o universo. E, quando dermos o próximo passo, os efeitos certamente vão se propagar na cultura em geral.

Assim como aprender coisas novas te torna uma pessoa melhor, aprender coisas novas sobre o universo vai levar a humanidade a um outro nível.

Este artigo foi originalmente publicado pelo HuffPost US e traduzido do inglês.

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