O Multiverso

Multiverso é um termo usado para descrever o conjunto hipotético de universos possíveis, incluindo o universo em que vivemos. Juntos, esses universos compreendem tudo o que existe: a totalidade do espaço, do tempo, da matéria, da energia e das leis e constantes físicas que os descrevem.

O termo multiverso é geralmente usado em enredos de ficção científica, mas também é uma extrapolação possível de algumas teorias científicas para descrever um grupo de universos que estão relacionados, os denominados universos paralelos. A ideia de que o universo que se pode observar é só uma parte da realidade física deu luz à definição do conceito "multiverso"

O conceito de Multiverso tem suas raízes em extrapolações, até o momento não científicas, da moderna Cosmologia e na Teoria Quântica, e engloba também várias ideias oriundas da Teoria da Relatividade de modo a configurar um cenário em que pode ser possível a existência de inúmeros Universos onde, em escala global, todas as probabilidades e combinações ocorrem em algum dos universos. Simplesmente por haver espaço suficiente para acoplar outros universos numa estrutura dimensional maior: o chamado Multiverso.

Os universos seriam, em uma analogia, semelhantes a bolhas de sabão flutuando num espaço maior capaz de abrigá-las. Alguns seriam até mesmo interconectados entre si por buracos negros ou de buracos de minhoca.

Max Tegmark e Brian Greene desenvolveram esquemas de classificação para os vários tipos teóricos de multiverso, ou para os tipos de universo que um multiverso pode incluir.

Os 4 níveis de Max Tegmark

Universos Bolhas- cada disco representa um universo bolha. Nosso universo é representado por um dos discos. Universo 1 ao universo 6 representam universos de bolhas. 5 deles têm diferentes constantes físicas do que o nosso universo.

O cosmólogo Max Tegmark forneceu uma taxonomia de universos além do universo observável familiar. Os quatro níveis da classificação de Tegmark são organizados de tal forma que os níveis subsequentes podem ser entendidos como abrangendo e expandindo em níveis anteriores.

Nível I: uma extensão do nosso Universo

Também conhecido como Quilted, o Multiverso de Nível 1 é simplesmente todo o espaço que está tão longe que a luz conhecida do Universo ainda não teve tempo de alcançar, durante esses 13.7 bilhões de anos desde o Big Bang. O nosso Universo observável é uma esfera de 49 bilhões de anos-luz de diâmetro com a Terra bem no centro, então tudo para fora desse espaço, conhecido como Esfera Hubble (ou Volume Hubble), já pode ser considerado um outro universo.

O Multiverso de Nível 1 fica mais interessante quando paramos para pensar que existem apenas finitas maneiras de rearranjar as partículas do nosso Universo observável. Isso significa que se você pudesse caminhar (flutuar?) por tempo suficiente – a cerca de 10 elevado a 10 elevado a 29 metros – você iria eventualmente encontrar uma cópia idêntica de você mesmo. Isso porque com tempo e espaço suficientes é provável que as partículas se rearrangem de todas as maneiras possíveis, inclusive exatamente a mesma que existe agora mesmo no seu corpo. O Multiverso de Nível 1 obedece todas as leis da física e constantes cosmológicas daqui, e em teoria pode ser acessado por nós – apesar de ser extremamente improvável –, se desenvolvessemos tecnologia para isso.

Nível II: Universos com diferentes constantes físicas

Para entender o Multiverso de Nível 2 é preciso compreender a teoria da Inflação Cósmica, que é a hipótese para a criação do Universo mais bem aceita hoje entre os cientistas. Segundo esta ideia, existiu um momento de inflação imensa e quase instantânea, que aconteceu logo depois do Big Bang e que deu origem a todo o nosso Universo. Os cientistas que estudam a hipótese acreditam que nosso Universo é diferente de uma bolha de sabão, por exemplo, que ocupa espaço do ambiente externo.

Em vez disso, o universo inteiro existe dentro de um espaço finito e pode criar massa e espaço a partir de quase nada. Isso é possível porque quando se aplica energia para expandir algo, parte dessa energia é transformada em massa — quando esticamos uma tira de borracha, ela se torna levemente mais pesada, por exemplo. Mas da onde vem tanta força pra vencer toda a pressão que existe “fora” desse universo-bebê? Isso é outra coisa linda prevista na relatividade geral: pressão negativa gera gravidade repulsiva. Tegmark explica que “uma substância em estado de inflação cósmica, produz uma antigravidade que a explode, e a energia que essa antigravidade usa para expandir a substância, cria massa suficiente para que a substância cresça de tamanho e continue igualmente densa.

Esse processo é sustentável e a substância continua a duplicar seu tamanho de novo e de novo. E assim a inflação cósmica pode criar todo um universo a partir de quase nada. Ou seja, cria-se um universo inteiro sem tomar lugar de qualquer outra coisa. Logo, segundo a Inflação Cósmica, algo pode expandir infinitamente e ainda assim não aumentar o espaço que ocupa quando visto “de fora”. Por isso, diversos espaços infinitos poderiam existir dentro de um espaço finito.

Um desdobramento da teoria da Inflação Cósmica, chamado Inflação Eterna, defende que nosso universo não é, de forma alguma, único ou especial, e sim que existem outras Inflações Cósmicas acontecendo agora mesmo, dando origem a inúmeros novos universos.

E assim entramos no domínio do Multiverso de Nível 2: que são inúmeros universos em diferentes “bolhas inflacionárias”, cada uma com suas constantes cosmológicas e leis da física. O Multiverso de Nível 2 é a melhor hipótese que temos para resolver um dos problemas mais misteriosos do nosso próprio Universo: o da “afinação” ou fine-tuning.

Nível III: interpretação de muitos mundos da mecânica quântica

O Multiverso de Nível 3 é bem diferente dos outros dois. É também o mais querido das obras de ficção científica e do imaginário popular — ela está presente no filme Coherence, por exemplo. Para entrarmos nele, primeiro, precisamos de uma breve introdução à mecânica quântica.

Até agora a Interpretação de Copenhage, proposta por Niels Bohr e Werner Heisenberg, é a mais conhecida quando se fala em mecânica quântica. Segundo essa interpretação, antes de ser observada, cada partícula se comporta também como onda e está em um estado de sobreposição quântica, ou seja, está em vários locais ao mesmo tempo.

Quando observamos essa partícula/onda, porém, ela colapsa, e ‘escolhe’ um único local para se mostrar como partícula. Mas antes de observá-la, só podemos estimar uma determinada probabilidade da partícula estar em cada um desses lugares. Então, seria como se o ato de observar obrigasse a partícula a escolher um único local para estar, mas quando não observada ela pudesse seguir sem localização determinada.

Mas existe uma teoria alternativa que está ganhando cada vez mais atenção. É a chamada Interpretação dos Muitos Mundos, proposta por Hugh Everett, em 1957. Segundo Everett, a onda nunca entra em colapso, todas as possibilidades de localização da partícula seriam igualmente verdadeiras, criando, assim, a cada instante, uma infinidade de bifurcações quânticas, cada uma dando origem a um universo paralelo, onde tudo que pode acontecer, de fato, acontece (em algum lugar).

Ou seja – existem milhões de versões de você mesmo, cada uma vivendo em um universo levemente ou completamente diferente, e a cada momento que você toma uma decisão, existe algum outro “você” que tomou a decisão oposta, e que está por aí, em algum universo paralelo. Esse “lugar”, essa soma de todos esses universos paralelos quânticos, é conhecido como Espaço Hilbert, ou Multiverso de Nível 3.

No Multiverso de Nível 3 tudo o que pode acontecer de fato acontece, a partícula quântica nunca entra em colapso, e, em vez disso, ocupa todos os lugares dando origem á infinitas realidades diferentes a cada segundo, que existem em um Espaço Hilbert.

Nível IV: Conjunto final

A hipótese do universo matemático final é a própria hipótese de Tegmark. Este nível considera todos os universos serem igualmente reais, o que pode ser descrito por diferentes estruturas matemáticas. Nela, Tegmark defende que todos os multiversos de níveis anteriores fazem parte de uma única estrutura matemática infinitamente e inconcebivelmente complexa. Um objeto geométrico de (no mímino) quatro dimensões – 3 dimensões espaciais + tempo. E que além dessa estrutura existem outros universos, formados por outras geometrias.

Para aceitar cada uma dessas novas hipóteses sobre a maneira como a realidade se comporta, precisamos lutar contra nosso instinto mais fundamental: o de que de somos o centro do universo. Em um primeiro momento, é normal que sejamos avessos às ideias que contradizem nossa impressão mais imediata da realidade.

No seu discurso, “Isto é água” David Foster Wallace lembra que temos sempre que evitar essa impressão mais intuitiva:

“Uma grande porcentagem das coisas sobre as quais eu costumo automaticamente ter certeza é, na verdade, totalmente errada ou ilusória.(…) Aqui vai um exemplo de algo completamente errado que eu costumo automaticamente ter certeza: tudo na minha experiência apóia minha crença profunda de que eu sou o centro absoluto do universo, a pessoa mais real, vívida e importante que existe. Nós raramente falamos sobre esse tipo de egocentrismo natural e básico, porque ele é tão socialmente repulsivo, mas é basicamente o mesmo para todos nós, no fundo. É a nossa configuração padrão, impressa nos nossos circuitos desde o nascimento. Pense nisso: você nunca teve uma experiência da qual você não foi o centro absoluto.”

Os 9 tipos de Brian Greene

O físico teórico norte-americano e teórico de cordas, Brian Greene, discutiu nove tipos de universos paralelos:

Acolchoado (Quilted)

O multiverso acolchoado funciona apenas em um universo infinito. Com uma quantidade infinita de espaço, todo evento possível ocorrerá um número infinito de vezes. No entanto, a velocidade da luz nos impede de estar ciente dessas outras áreas idênticas.

Inflacionário (Inflationary)

O multiverso inflacionário é composto de vários bolsos em que os campos de inflação se desmoronam e formam novos universos.

Membrana (Brane)

A versão membrana do multiverso postula que todo o nosso universo existe em uma membrana (brane) que flutua em uma maior dimensão. Neste volume, existem outras membranas com seus próprios universos. Esses universos podem interagir uns com os outros, e quando colidem, a violência e a energia produzida são mais do que suficientes para dar origem a um big bang. As membranas flutuam ou se aproximam uma da outro, e a cada poucos trilhões de anos, atraídas pela gravidade ou por alguma outra força que não entendemos, colidem. Este contato repetido dá origem a explosões múltiplas ou "cíclicas". Esta hipótese particular cai sob o guarda-chuva da teoria das cordas, pois exige dimensões espaciais extras.

Cíclico (Cyclic)

O multiverso cíclico (através da Teoria Ecpirótica) tem múltiplas branas (cada um de um universo) que colidiram, causando Big Bangs. Os universos se recuperam e passam o tempo até serem remetidos e novamente colidem, destruindo os conteúdos antigos e criando-os de novo.

Paisagem (Landscape)

O multiverso de paisagem depende dos espaços Calabi-Yau da teoria de cordas. As flutuações quânticas deixam as formas para um nível de energia mais baixo, criando um bolso com um conjunto de leis diferentes daquele do espaço circundante.

Quântico (Quantum)

O multiverso quântico cria um novo universo quando ocorre uma diversão nos eventos, como na interpretação de múltiplos mundos da mecânica quântica.

Holográfico (Holographic)]

O multiverso holográfico é derivado da teoria de que a superfície de um espaço pode simular o volume da região.

Simulado (Simulated)

O multiverso simulado existe em sistemas informáticos complexos que simulam universos inteiros.

Final (Ultimate)

O multiverso final contém todo universo matematicamente possível sob diferentes leis da física.

Por longo tempo, falar sobre universos paralelos foi tabu entre a comunidade científica. Mas os multiversos estão cada vez mais populares entre especialistas, basicamente porque muitas das teorias vigentes preveem a existência deles.

Universos paralelos não são teorias em si, e sim previsões de certas teorias. Várias teorias amplamente aceitas preveem a existência de fenômenos impossíveis de serem observados. A relatividade geral, por exemplo, prevê o interior de buracos negros, lugares que nunca poderemos acessar, mas que, apesar de não poderem ser estudados diretamente, não são opcionais na teoria da relatividade geral, eles fazem parte do pacote.

O Multiverso faz parte de uma das últimas teorias elaboradas pelo astrofísico Stephen Hawking antes de morrer. Deixando um legado de hipóteses, Hawking sugeria que este Universo ao qual se localiza a Terra seria apenas mais um entre tantos. Hawking entendia que esses Universos estariam conectados, e sustentava esse conceito a partir da teoria do Big Bounce. Essa que, por sinal, responderia ao que viria antes do Big Bang, como um grande rebote de um novo Universo que criaria outros tantos.

Mesmo que não existam evidências claras desses supostos universos em paralelo, Hawking sustentava essa possibilidade. Junto de Thomas Hertog, ele buscava observar evidências no espaço que deixariam clara a existência de outros Universos.

Universos infinitos

Os cientistas não podem ter certeza sobre a forma do espaço-tempo, mas mais provavelmente, ela é plana (em oposição à esférica) e estende-se infinitamente. Se o espaço-tempo dura para sempre, então deve começar a se repetir em algum ponto, porque há um número finito de formas com as quais as partículas podem ser organizadas no espaço e no tempo. Então, se você olhar longe o suficiente, encontrará uma outra versão de você – na verdade, versões infinitas de você. Alguns desses “gêmeos” estarão fazendo exatamente o que você está fazendo agora, enquanto outros estarão com uma roupa diferente esta manhã, e outros ainda terão carreiras e escolhas de vida totalmente diferentes.

Como o universo observável se estende apenas até onde a luz teve a chance de chegar nos 13,7 bilhões de anos desde o Big Bang (que seria 13,7 bilhões de anos-luz), o espaço-tempo além dessa distância pode ser considerado o seu próprio universo, separado do nosso. Deste modo, uma multiplicidade de universos deve existir, uns ao lado dos outros, em uma manta de retalhos gigante de universos.

Inflação eterna

Além dos múltiplos universos criados por estender infinitamente o espaço-tempo, outros universos podem surgir a partir de uma teoria chamada “inflação eterna“. A inflação é a noção de que o universo se expandiu rapidamente após o Big Bang, inflando como um balão. Inflação eterna, proposta pela primeira vez pelo cosmólogo Alexander Vilenkin da Universidade Tufts, sugere que alguns bolsões no espaço pararam de inflar, enquanto outras regiões continuam a inflar, dando assim origem a muitos universos isolados em “bolhas”.

Assim, o nosso próprio universo, onde a inflação já acabou, permitindo que estrelas e galáxias se formassem, é uma pequena bolha em um vasto mar de bolhas no espaço, algumas das quais ainda estão inflando. E em alguns desses universos bolhas, as leis e constantes fundamentais da física podem ser totalmente diferentes do que são no nosso, tornando-os muito estranhos para nós.

Universos paralelos

Outra ideia de multiverso que surge da teoria das cordas é a noção de universos paralelos que pairam fora do alcance do nosso, proposta por Paul Steinhardt da Universidade de Princeton (EUA) e Neil Turok do Instituto de Física Teórica em Ontário, Canadá. Vem da possibilidade de muito mais dimensões existirem em nosso mundo, além das três de espaço e uma de tempo que nós conhecemos. Ou seja, mais do que nosso próprio mundo tridimensional, outros espaços tridimensionais podem flutuar num espaço de dimensão superior.

O físico Brian Greene da Universidade de Columbia (EUA) descreve a ideia como a noção de que “o nosso universo é apenas um dos potencialmente numerosos mundos flutuantes em um espaço de dimensão mais elevada, bem como uma fatia de pão dentro de um grandioso pão cósmico”.

Uma variação desta teoria sugere que esses universos não são sempre paralelos e fora de alcance. Às vezes, eles podem bater um no outro, causando repetidos Big Bangs que redefinem os universos novamente.

Universos filhos

A teoria da mecânica quântica, que reina sobre o pequeno mundo das partículas subatômicas, sugere uma outra maneira na qual múltiplos universos podem surgir. A mecânica quântica descreve o mundo em termos de probabilidades, em vez de resultados definitivos. E a matemática desta teoria sugere que todos os resultados possíveis de uma situação realmente ocorrem – em seus próprios universos separados. Por exemplo, se você chegar a uma encruzilhada onde você pode ir para a direita ou para a esquerda, o universo atual dá origem a dois universos “filhos”: um em que você vai para a direita, e outro no qual você vai para a esquerda. “E, em cada universo, há uma cópia sua assistindo um ou outro resultado, pensando – incorretamente – que a sua realidade é a única realidade”, diz Greene.

Universos matemáticos

Os cientistas têm debatido se a matemática é simplesmente uma ferramenta útil para descrever o universo, ou se a matemática em si é a realidade fundamental – nesse caso, nossas observações do universo são apenas percepções imperfeitas de sua verdadeira natureza matemática. Se este for realmente o caso, então talvez a estrutura matemática específica que compõe o nosso universo não é sua única opção. De fato, todas as possíveis estruturas matemáticas existem como seus próprios universos separados.

“A estrutura matemática é algo que você pode descrever de uma maneira que é completamente independente da bagagem humana”, disse Max Tegmark, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (EUA), que propôs esta ideia. “Eu realmente acredito que existe um universo lá fora que pode existir independentemente de mim, e que iria continuar a existir mesmo se não houvesse seres humanos”.

Como provar que o multiverso existe

A presença de um “multiverso”, ou seja, vários universos desconectados pode ser possível para explicar a quantidade enorme de energia escura que o nosso universo tem – um assunto polêmico que intriga cientistas do mundo (ou mundos) todo há tempos. Cerca de 74% do universo parece ser feito de energia escura. Outros 22% parecem ser matéria escura, uma misteriosa forma de matéria que só podemos detectar observando sua força gravitacional. No fim, apenas 4% do nosso universo é composto por coisas que podemos ver e tocar; a matéria comum. Por que essa desigualdade?

Nenhuma outra teoria existente sobre o nosso universo consegue explicar tal fenômeno. Com a teoria do multiverso, essa quantidade de energia não só se torna explicável, como é inevitável. Outros fenômenos, como a radiação cósmica de fundo e a expansão do universo, também levam a crer na existência de vários universos. O problema é que ainda não temos como provar que estamos em um multiverso. Se daqui é difícil até encontrar outros planetas, quem diria um inteiro outro universo!

Para calcular como encontrar esse multiverso e como medi-lo, precisamos investir em probabilidades, tentar “chutar” quais serão as características principais dele (como a quantidade de energia escura que ele teria). Para calcular essas probabilidades, é preciso uma medida – uma ferramenta matemática que ajuda na definição dessas probabilidades. Mas encontrar essa medida quando o assunto é o multiverso é muito difícil. Seria como comparar infinitos. “Qual infinito é maior?” parece uma pergunta sem noção.

Nosso universo surgiu do Big Bang, provavelmente um choque entre um universo e outro, e há uma variedade de universos que pode ser produzida dessa forma. Poderíamos usar essas medidas para calcular as probabilidades. Mas aplicar isso na prática é outra história. O problema é que, pra funcionar mesmo, esses cálculos precisariam da quantidade inicial de vácuo no universo – e isso ainda é um mistério.

Segundo o famoso físico Stephen Hawking, uma outra forma de verificar o multiverso seria buscar características na radiação de fundo de micro-ondas que indicassem a colisão de outro universo com o nosso num passado distante.

radiação cosmica, astronomia — Radiação cósmica do fundo de micro-ondas

A radiação cósmica de fundo (CMB, na sigla em inglês) que aparece no universo na frequência mais alta possível de micro-ondas deixa marcas no espaço-tempo. Segundo a teoria dos vários universos, essas marcas foram deixadas após a colisão dos vários universos ao longo de suas existências. Nosso próprio universo, portanto, poderia já ter colidido com um ou mais “vizinhos”.

Para que se possa entender esse mecanismo, os cientistas britânicos fizeram uma comparação com bolhas de sabão. Imagine que cada bolha de sabão é um universo, com suas próprias leis físicas de espaço-tempo. Quando duas bolhas de sabão encostam uma na outra, a área em que elas se tocam torna-se circular. Da mesma maneira, quando dois universos colidem, a radiação CMB resultante do choque também toma forma circular. Essa radiação circular, dessa forma, seria um sinal claro de que dois universos colidiram naquele ponto.