Se o Espaço e o Tempo podem mudar, algo é constante?

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Via Láctea sobre La Palma, nas ilhas Canárias, na Espanha. Foto por Dominic Dähncke e Getty Images.

Por Sean Carroll
Publicado na PBS

Nicolaus Copernicus é famoso por ter sugerido que a Terra se move em torno do Sol, e não o contrário. Isso é um grande negócio, como ele deslocou a Terra de sua presumida posição no centro do universo. Mas é fácil nos esquecermos de algo igualmente impressionante: a ideia de que a Terra pode realmente se mover. Alguma coisa que parece ser uma base sólida, que é a própria Terra. Mas em nosso mundo Pós-Copernicano, sabemos disso melhor.

Albert Einstein, com sua Teoria da Relatividade Geral, levou esta revolução conceitual um passo á frente. Não apenas a Terra não é um ponto de apoio fixo em torno do qual o resto do universo gira, mas o espaço e o tempo em si mesmos não são fixos e imutáveis. No universo de Einstein, o espaço e o tempo são absorvidos em um único “espaço-tempo”, de quatro dimensões, e o espaço-tempo não é sólido. Ele faz voltas e mais voltas e curvas, em resposta ao movimento da matéria e da energia. Nós percebemos o alongamento e a distorção do tecido do espaço-tempo como a força da gravidade.

A ideia de que o espaço e o tempo em si não são imutáveis, mas são quantidades dinâmicas que podem evoluir ao longo da história do universo, foi um dos legados mais dramáticos de Einstein. Foi tão profundo que o próprio Einstein teve problemas em aceitar todas as implicações da ideia. Quando ele investigou o universo como um todo na Relatividade Geral, ele descobriu que ele deve estar se expandindo ou contraindo, e não ficando em um tamanho fixo. Isso foi contrário à sua intuição, bem como o de astrônomos da época, que na verdade pensavam que o universo estava fazendo isso. Quando Edwin Hubble descobriu a expansão do universo em 1920, Einstein percebeu que tinha perdido a oportunidade de fazer uma das grandes previsões na História da Ciência.

Estrelas no céu do hemisfério sul á noite, com a Via Láctea no canto superior esquerdo. Foto por Kim Westerskov e Getty Images
Estrelas no céu do hemisfério sul á noite, com a Via Láctea no canto superior esquerdo. Foto por Kim Westerskov e Getty Images

Uma vez que o espaço e o tempo em si são flexíveis ao invés de fixos, o que mais resta que possamos dizer que seja verdadeiramente constante? Há um candidato óbvio, novamente a partir de Einstein: a velocidade da luz. Segundo a relatividade, a velocidade da luz é uma característica imutável do universo, um limite de velocidade inquebrável que colocam restrições rígidas sobre que assunto e informação pode fazer.

Os cientistas pensaram também sobre teorias da “velocidade da luz variável”, porque os físicos teóricos amam pensar em nada mais do que novas ideias malucas. Mas deixando a velocidade da luz possivelmente variar ao longo do tempo ou do espaço ‘girando para fora’, após uma inspeção mais próxima, não seria algo muito bem definido. Se você aceitar que o espaço e o tempo são unificados em um único espaço-tempo, de quatro dimensões, é preciso haver uma maneira de traduzir entre “distâncias no espaço” e “intervalos de tempo”. Isso é inevitável, e em nosso mundo que cheio pela velocidade da luz. O fato de que a luz viaja, na verdade, em tal velocidade não é o ponto importante; o que importa é que existe alguma forma de conversão de comprimento em tempo, e vice-versa.

Mas as outras chamadas “constantes” da natureza são jogos justos. Se a lição de Einstein é que aspectos supostamente fundamentais da realidade, como o espaço e o tempo, são realmente dinâmicos e estão em evolução, é natural perguntar se os parâmetros numéricos que especificam as leis da física são igualmente flexíveis. Poderia a constante de Newton, que define a força da gravidade, ou quantidades como a massa do elétron, na verdade, mudarem com o tempo?

A resposta parece ser: talvez. De acordo com as nossas melhores medições de corrente, os valores numéricos para os parâmetros físicos do nosso mundo parecem ser bastante constantes. Mas a possibilidade que eles podem mudar é muito real. Em certo sentido, esse é o segredo para o bóson de Higgs, que foi descoberto no Grande Colisor de Hádrons em 2012. Famoso, o Higgs “dá massa” para as partículas elementares como os elétrons e os diferentes quarks. Ele faz isso porque existe um espaço de preenchimento no campo de Higgs, interagindo com todas essas partículas. Mas o fundo do campo de Higgs não esteve sempre lá. Acreditamos que nos primeiros momentos após o Big Bang, o campo de Higgs era preso em zero, e quarks e elétrons tinha massa zero. Estas quantidades podem parecer constantes para nós agora, mas quase todo físico pensa que eles mudaram desde que o universo surgiu.

A capacidade para coisas aparentemente constantes de evoluir e mudar é um aspecto importante do legado de Einstein. Se o espaço e o tempo podem mudar, pouco mais é sagrado. Cosmólogos modernos gostam de contemplar uma versão extrema desta ideia: um multiverso em que as próprias leis da física em si podem mudar de lugar para lugar e de tempos em tempos. Tais mudanças, se elas de fato existem, não seriam arbitrárias; como o espaço-tempo da relatividade geral, elas obedeceriam equações muito específicas.

Não temos atualmente nenhuma evidência direta de que existe um multiverso, é claro. Mas a possibilidade é grande no espírito da reformulação de Einstein do espaço-tempo, ou, para essa matéria, a nova teoria do Sistema Solar de Copérnico. Nosso universo não é construído sobre fundações que não podem ser movidas; ele muda com o tempo, e descobrir como ocorrem essas mudanças é um desafio emocionante para a Física Moderna e Cosmologia.

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