Universos em Ebulição
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Autor: Marcelo Gleiser
Fonte: Caderno Mais!, Folha de São Paulo, 07/04/2002
No final de março, participei de uma conferência homenageando os 90 anos do físico americano
John Archibald Wheeler, à qual estiveram presentes físicos das diversas áreas que foram enriquecidas
pela sua inspiração quase mágica. Wheeler foi um dos físicos mais importantes do século passado. Suas
descobertas tiveram um papel fundamental no desenvolvimento da física nuclear (inclusive no projeto
Manhattan, que construiu a bomba atômica), nas aplicações da teoria da relatividade de Einstein a
buracos negros (foi ele quem inventou o famoso termo) e na chamada cosmologia quântica, que visa
construir um modelo matemático da origem do Universo, fundindo a teoria da relatividade e a mecânica
quântica, que estuda os átomos e as partículas subatômicas.
Dentre os vários temas discutidos, e teremos a oportunidade de visitar alguns deles nas próximas
“Micro/Macro”, um que despertou grande interesse foi justamente a origem do Universo. O que não é
muito surpreendente. Eu costumo dizer que existem três grandes problemas em ciência que cativam a
imaginação não só dos cientistas, mas também do público em geral: os problemas das três origens, a do
Universo, a da vida e a da mente. (Eles não são os únicos, mas, certamente, estão entre os mais
populares.)
Essas são questões que fazem parte da história da humanidade desde os primórdios da
civilização, nessas angustiadas tentativas de compreender um cosmo que parece ao mesmo tempo
ameaçador e aconchegante, criador e destruidor. Conforme diria John Wheeler, em uma de suas RBQs
(Questões Realmente Importantes, na sigla em inglês), “Por que a existência?”
Um dos modelos mais aceitos não propriamente da
“
origem” do Universo, mas do que ocorreu
muito próximo dela, é conhecido como Universo inflacionário. Segundo esse modelo, os primeiros
instantes de existência do cosmo se distinguiram pela sua simplicidade. Existiam essencialmente apenas o
espaço e o tempo e o que nós chamamos de um campo escalar, a forma mais elementar de matéria.
Outras formas de matéria estavam presentes, mas eram menos importantes do que o campo escalar.
Sei que é estranho falar em matéria e
em campos. O que é um campo e o que ele tem a ver com
matéria? Se nos concentrarmos em três dimensões espaciais, como a superfície de uma mesa, podemos
imaginar um campo escalar como uma superfície elástica, capaz de se deformar aqui e ali, dependendo da
concentração de energia em seus diversos pontos. Se associarmos uma altura a cada ponto da superfície,
essa altura será o valor do campo escalar naquele ponto. Por exemplo, imagine as ondulações criadas ao
jogarmos uma pedra na superfície de um lago; cada ponto da superfície terá um número associado a ele,
a altura da água. Existem outros tipos de campo, mas o campo escalar basta para descrevermos o
Universo inflacionário. As flutuações de energia no campo são associadas a partículas de matéria.
Precisamos de mais dois ingredientes. O primeiro é explicar o que ocorria com o campo escala
r
nos primórdios cósmicos. Segundo a teoria, esse campo tinha inicialmente muita energia acumulada. Essa
energia teve um enorme impacto sobre a evolução inicial do Universo; segundo a relatividade, energia e
matéria influenciam a geometria do espaço. No caso do campo escalar, seu efeito foi o de expandi
r
rapidamente a geometria do Universo, como a superfície de um balão sendo inflado. Essa expansão
acelerada é chamada de inflação, justificando o nome “Universo inflacionário”. As regiões do cosmo onde
o campo escalar tinha uma quantidade apreciável de energia inflaram muito, criando uma estrutura
espacial bizarra, que pode ser visualizada como uma superfície elástica de onde brotam protuberâncias
aqui e ali.
