O universo é um lugar rico e complexo, mas sua geometria é surpreendentemente simples. Talvez nos force a fazer a próxima grande revolução na física do pensamento.
Nosso universo é realmente muito simples. Representa nossas teorias cosmológicas, que se revelam excessivamente complexas. Esse pensamento foi expresso por um dos principais físicos teóricos do mundo.
Essa conclusão pode parecer ilógica. Afinal, para entender completamente a verdadeira complexidade da natureza, você tem que pensar em algo maior, estudar as coisas de uma maneira mais detalhada, adicionar novas equações variáveis e criar uma física “nova” e “exótica”. No final, aprendemos o que é a matéria escura e temos uma ideia de onde essas ondas gravitacionais estão se escondendo - se apenas nossos modelos teóricos fossem mais desenvolvidos e mais ... complexos.
"Isso não é inteiramente verdade", diz Neil Turk, diretor do Perimeter Institute for Theoretical Physics, em Ontário, Canadá. Segundo ele, o Universo, em suas maiores e menores escalas, nos diz que, de fato, é muito simples. Mas, para entender completamente o que isso significa, teremos que fazer uma revolução na física.
Em entrevista ao Discovery News, Turok observou que as maiores descobertas das últimas décadas confirmaram a estrutura do Universo em escalas cosmológicas e quânticas.
“Em grande escala, traçamos um mapa de todo o céu - um fundo cósmico de microondas - e medimos a evolução do Universo conforme ele muda, dependendo da expansão ... e essas descobertas mostram que o Universo é incrivelmente simples”, disse ele. "Em outras palavras, você pode descrever a estrutura do Universo, sua geometria e a densidade da matéria ... você pode essencialmente descrever tudo com um número." O resultado mais fascinante desse raciocínio é que a descrição da geometria do universo com um número é, na verdade, mais simples do que a descrição numérica do átomo mais simples que conhecemos - o átomo de hidrogênio. A geometria do átomo de hidrogênio descreve 3 números que surgem das características quânticas de um elétron em órbita ao redor de um próton.
“Basicamente, isso nos diz que o Universo é suave, mas tem um pequeno nível de flutuações, que esse número descreve. E isso é tudo. O universo é a coisa mais simples que conhecemos ”.
Por outro lado, algo semelhante aconteceu quando os físicos conduziram pesquisas no campo de Higgs usando a máquina mais complexa já construída pela humanidade - o Large Hadron Collider. Quando, em 2012, os físicos introduziram a descoberta histórica de uma partícula no campo de Higgs, o bóson de Higgs, ela se revelou um tipo simples de Higgs, descrito no modelo padrão da física.
"A natureza encontrou uma saída com uma solução mínima e um mecanismo mínimo que você poderia ter imaginado para dar-lhes massas de partículas, cargas elétricas e assim por diante", disse Turk.
Físicos do século 20 nos ensinaram, assim que você obtém maior precisão, e abaixa a sonda mais profundamente na esfera quântica, você encontrará um zoológico de novas partículas. Como os resultados experimentais geram a generosidade da informação quântica, os modelos teóricos previram partículas e forças mais estranhas. Mas agora chegamos a uma encruzilhada, onde muitas de nossas idéias teóricas mais avançadas sobre o que está “por trás” de nossa atual compreensão da física se voltam para resultados experimentais que sustentam suas previsões. “Estamos numa situação tão estranha quando o Universo fala conosco, dizendo que essas teorias muito simples e populares (nos últimos 100 anos da física) estão se tornando cada vez mais complexas e arbitrárias”, disse ele. .
Turk apontou para a teoria das cordas, apresentada como uma “teoria final unificada”, que apresentava todos os mistérios do universo em um pacote organizado. Além disso, a busca por evidências de inflação - a rápida expansão do Universo imediatamente após o Big Bang há cerca de 14 bilhões de anos - na forma de ondas gravitacionais primárias gravadas no fundo cósmico de microondas (CMB), ou o “eco” do Big Bang. Mas enquanto procuramos provas experimentais, continuamos a agarrar o provérbio; os dados experimentais simplesmente não concordam com nossas teorias insuportavelmente complexas.
Nossas Origens Cósmicas
O trabalho teórico do turco é centrado em torno da origem do universo, um assunto que atraiu muita atenção nos últimos meses.
No ano passado, a organização BICEP2, que usa um telescópio localizado no Pólo Sul, para estudar o CMB, anunciou a descoberta de sinais gravitacionais primários a partir dos ecos do Big Bang. De fato, este é o “Santo Graal” da cosmologia - a descoberta das ondas gravitacionais, que foram geradas pelo Big Bang. Isso poderia confirmar certas teorias inflacionárias do universo. Mas, infelizmente, para a equipe do BICEP2, eles declararam “descoberta” prematuramente e o telescópio espacial Planck (que também rastreia a radiação CMB) mostrou que o sinal BICEP2 foi causado por poeira em nossa galáxia e não por antigas ondas gravitacionais. O que fazer se essas ondas gravitacionais primordiais nunca encontrarem? Muitos teóricos que depositaram suas esperanças no Big Bang com um período de inflação subseqüente podem ficar desapontados, mas de acordo com o turco, “essa é uma chave muito poderosa” que o Big Bang (no sentido clássico) não pode ser o começo absoluto do universo.
"O maior problema para mim foi a descrição do próprio Big Bang matematicamente", acrescentou Turk.
Talvez este seja um modelo cíclico de evolução universal - onde o nosso Universo está entrando em colapso e se recuperando novamente - pode se adequar melhor às observações. Esses modelos não geram necessariamente ondas gravitacionais primárias e, se essas ondas não forem detectadas, talvez nossas teorias inflacionárias devam ser descartadas ou alteradas.
Quanto às ondas gravitacionais, que segundo as previsões serão obtidas como resultado do movimento rápido de objetos massivos em nosso universo moderno, Turk está confiante de que alcançaremos o domínio da sensibilidade, que nossos detectores de ondas gravitacionais irão detectá-los muito em breve, confirmando outra previsão Einstein-Time.
"Esperamos que as ondas gravitacionais apareçam de colisões de buracos negros nos próximos 5 anos", disse ele.
Próxima revolução?
De grandes escalas a pequenas, o universo parece "livre de escala". E essa descoberta sugere que o Universo tem uma natureza muito mais simples do que as teorias atuais sugerem. "Sim, esta é uma crise, mas esta é uma crise no seu melhor", disse Turk.
Assim, a fim de explicar a origem do universo e chegar a um acordo com alguns dos seus segredos mais misteriosos, como a matéria escura e a energia escura, talvez precisemos olhar para o nosso cosmo de maneiras diferentes. Isso requer uma revolução na física.
“Precisamos de uma visão completamente diferente da física fundamental. Chegou a hora de novas idéias radicais ”, concluiu ele, observando que este é um grande momento da história humana para os jovens serem notados no campo da física teórica. Muito provavelmente, eles vão mudar a maneira como vemos o universo.
