Mancada do Big Bang estoura a bolha do multiverso

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Modelo da teoria inflacionária.

Artigo traduzido de Nature. Autor: Paul Steinhardt.

Campanha publicitária prematura sobre ondas gravitacionais destaca buracos nos modelos de origens e evolução do Universo, argumenta Paul Steinhardt.

Quando uma equipe de cosmólogos anunciou numa conferência de imprensa em março, que haviam detectado ondas gravitacionais geradas nos primeiros instantes após o Big Bang, a origem do Universo trouxe mais uma vez grandes novidades. A descoberta relatada criou uma sensação mundial na comunidade científica, na mídia e no público em geral.

De acordo com a equipe do telescópio BICEP2 no Pólo Sul, a detecção está no nível sigma 5-7, por isso há menos de uma chance em dois milhões de ser uma ocorrência aleatória. Os resultados foram saudados como prova da teoria inflacionária do Big Bang e sua descendência, o multiverso. Prêmios Nobel foram previstos e dezenas de modelos teóricos gerados. O anúncio também influenciou as decisões sobre compromissos acadêmicos e as rejeições de papéis e subvenções. Ele ainda teve um papel no planejamento governamental de projetos de grande escala.

A equipe identificou no BICEP2 (modo B) um padrão sinuoso nos seus mapas de polarização da radiação cósmica de fundo, concluindo que se tratava de uma detecção de ondas gravitacionais primordiais. Agora, falhas graves na análise foram reveladas que transformam a detecção certa em nenhuma detecção. A busca de ondas gravitacionais deve começar novamente. O problema é que outros efeitos, incluindo espalhamento de luz da poeira e da radiação síncrotron gerada por elétrons movendo-se em torno de campos magnéticos galácticos dentro de nossa própria galáxia, também pode produzir essas reviravoltas.

O instrumento BICEP2 detecta radiação em apenas uma frequência, por isso não é possível distinguir a contribuição cósmica de outras fontes. Para isso, a equipe BICEP2 usam medições de poeira galáctica coletados pelos satélites Wilkinson Microwave Anisotropy Probe e Planck, cada uma delas operando em uma faixa de outras frequências. Quando a equipe BICEP2 fez sua análise, o mapa de poeira do Planck ainda não tinha sido publicado, então a equipe extraiu dados de um mapa preliminar que havia sido apresentado há vários meses. Agora, uma nova análise cuidadosa feita por cientistas da Universidade de Princeton e do Instituto de Estudos Avançados, também em Princeton, concluiu que o padrão modo B do BICEP2 poderia ser o resultado, na maior parte ou totalmente, dos efeitos de primeiro plano sem qualquer contribuição de ondas gravitacionais. Outros modelos de poeira considerados pela equipe BICEP2 não alteram esta conclusão negativa, a equipe de Princeton mostrou (R. Flauger, JC Hill e DN Spergel, pré-impressão em http://arxiv.org/abs/1405.7351; 2014).

A reversão súbita deve fazer a comunidade científica contemplar as implicações para o futuro da experimentação cosmológica e teórica. Não está impedida a busca de ondas gravitacionais. Pelo menos oito experimentos, incluindo BICEP3, o Keck Array e Planck, já estão visando o mesmo objetivo.

Desta vez, as equipes podem ter certeza de que o mundo vai prestar atenção. Desta vez, a aceitação vai exigir medidas de mais de uma gama de frequências discriminatórias entre os efeitos de primeiro plano, bem como testes para descartar outras fontes de confusão. E desta vez, os anúncios devem ser feitos após a apresentação de revistas e habilitação por árbitros especializados. Se houver uma conferência de imprensa, espero que a comunidade científica e os meios de comunicação exijam que seja acompanhada por um conjunto completo de documentos, incluindo detalhes da análise sistemática e dados suficientes que permitam a verificação objetiva.

O incidente BICEP2 também revelou uma verdade sobre a teoria inflacionária. A visão comum é que ela é uma teoria altamente preditiva. Se fosse esse o caso e a detecção de ondas gravitacionais foi prova da inflação, seria de pensar que a não detecção significa que a teoria falha. Essa é a natureza da ciência normal. No entanto, alguns defensores da inflação que celebravam o anúncio BICEP2 já insistem em que a teoria é igualmente válida se forem ou não detectadas ondas gravitacionais. Como isso é possível?

A resposta dada pelos proponentes é alarmante: o paradigma inflacionário é tão flexível que é imune a testes experimentais e observacionais. Em primeiro lugar, a inflação é impulsionada por um campo escalar hipotético, inflatón, o qual possui propriedades que podem ser ajustadas para produzir de forma eficaz qualquer resultado. Em segundo lugar, a inflação não termina com um universo com propriedades uniformes, mas quase inevitavelmente leva a um multiverso com um número infinito de bolhas, em que as propriedades cósmicas e físicas variam de bolha para bolha. A parte do multiverso que observamos corresponde a uma parte de apenas uma bolha. A varredura em todas as bolhas possíveis no multiverso, tudo o que pode acontecer fisicamente acontece um número infinito de vezes. Nenhum experimento pode descartar uma teoria que permite a todos os resultados possíveis. Assim, o paradigma da inflação é infalsificável.

Isso pode parecer confuso, dadas as centenas de trabalhos teóricos sobre as previsões deste ou daquele modelo inflacionário. O que esses papers geralmente falham é em reconhecer que eles ignoram o multiverso e que, mesmo com esta escolha injustificada, existe uma gama de outros modelos que produzem todos os tipos de diversos resultados cosmológicos. Levando isso em conta, é claro que o paradigma inflacionário é fundamentalmente não testável, e, portanto, cientificamente sem sentido.

Cosmologia é uma ciência extraordinária em um momento extraordinário. Avanços, incluindo a busca de ondas gravitacionais, vão continuar a serem feitos e será emocionante ver o que será descoberto nos próximos anos. Com esses resultados futuros em mãos, o desafio para os teóricos será identificar um paradigma científico verdadeiramente explicativo e preditivo descrevendo a origem, a evolução e o futuro do Universo.

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