🎷 🛸 👂🏼 Pergunte a Ethan No. 96: A teoria do universo é científica? 😰 🚵🏽 💆🏾

É difícil construir modelos de inflação que não levem a um multiverso. Mas não é impossível, e acho que há um campo para pesquisa aqui. Mas a maioria dos modelos de inflação leva ao multiverso, e as evidências da inflação nos levarão a levar a sério a ideia do multiverso.
- Alan Guth

Periodicamente, recebo uma pergunta que aborda os limites mais distantes do que podemos aprender, imaginar ou sobre o qual podemos construir uma teoria. Perguntas sobre o começo e o fim do universo, as leis da natureza e da própria ciência. Nesta semana, a honra de fazer uma pergunta foi concedida a John Pashkov:

Você escreveu que a teoria científica revolucionária precisa de três coisas, e a terceira é que ela pode ser verificada, confirmada ou refutada. Ao mesmo tempo, a teoria do multiverso parece não passar neste teste.

Vamos falar sobre isso: os três critérios, o multiverso, de onde vem e se atende aos altos padrões da teoria científica.

Na semana passada, descrevi três componentes de qualquer teoria científica revolucionária:

1. Reproduza todos os sucessos da anterior.
2. Explique novos resultados que contradizem os antigos.
3. Faça previsões novas e verificáveis que não foram verificadas anteriormente e que possam ser verificadas e justificadas ou rejeitadas.

É assim que praticamente em todas as disciplinas científicas ocorrem mudanças, da física "simples" à biologia "complexa".

O geocentrismo, com seus epiciclos, equantes e deferentes, foi substituído pelo heliocentrismo kepleriano e órbitas elípticas, que depois se expandiram para a gravidade newtoniana. Ela explicou não apenas a localização e o movimento dos planetas, mas também as luas de Júpiter, as fases de Vênus, a órbita excêntrica de Marte e fez novas previsões sobre a frequência e o retorno dos cometas.

Centenas de anos depois, a gravidade newtoniana foi incapaz de prever as características da órbita de Mercúrio, e foi a Teoria Geral da Relatividade de Einstein que não apenas reproduziu os sucessos de Newton, mas também as anomalias da órbita de Mercúrio e fez uma previsão verificável da distorção da luz das estrelas por fontes de gravidade. E apenas alguns anos depois, a GTR foi confirmada e tivemos uma nova revolução científica de pleno direito.

Para os biólogos, a teoria de Darwin, que foi substituída pela descoberta do DNA, foi um excelente exemplo. A ciência está avançando dessa maneira - não apenas refutando as tentativas anteriores, mas expandindo-se para melhor descrever todo o espectro de fenômenos observáveis do Universo.

E de onde veio o multiverso, e o que é? Para entender, começamos com nossa idéia do universo. Por isso, quero dizer o Universo observável - tudo o que podemos ver, medir e com o qual podemos interagir.

Onde quer que olhemos para o céu, vemos estrelas e galáxias conectadas em uma gigantesca teia cósmica. Mas quanto mais olhamos para o espaço, mais ele se encontra no passado. Galáxias distantes são mais jovens e menos desenvolvidas. Suas estrelas têm menos elementos pesados, parecem menores porque passaram por menos associações, as galáxias são mais espirais e menos elípticas (as últimas são formadas devido a fusões) e assim por diante. Se chegarmos aos limites de nossa visibilidade, encontraremos as primeiras estrelas do Universo, e além delas existe uma região de trevas, onde resta apenas luz do Big Bang.

Mas o próprio Big Bang, que aconteceu em todos os lugares ao mesmo tempo cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, não era o começo do espaço e do tempo. Ele foi o começo do universo observável. Antes disso, havia inflação cósmica com um espaço em expansão exponencial, preenchido com energia inerente ao próprio espaço-tempo.

A inflação cósmica é um exemplo de uma teoria que substituiu a anterior. Ela:

1. Não contradisse todos os sucessos do Big Bang e abraçou toda a cosmologia moderna.
2. Explicou uma série de questões inacessíveis ao Big Bang, incluindo a temperatura uniforme do Universo, o plano espacial e a ausência de relíquias de alta energia, como monopólos magnéticos.
3. Realizou novas previsões verificadas através da observação, quatro das quais já foram confirmadas.

Mas uma das consequências da teoria foi que ainda não sabemos se podemos confirmá-la: o multiverso.

Devido à inflação, o espaço se expande a uma taxa exponencial. Ou seja, o que existia antes do Big Bang se tornar muito, muito, muito mais do que era. Isso é bom - explica a uniformidade e o tamanho do universo. Com o fim da inflação, o Universo está cheio de matéria e radiação, e isso nós observamos como o Big Bang. Mas isso é estranho.

De acordo com mecanismos viáveis, graças aos quais a inflação é suficiente para criar um Universo observável, há outras partes do espaço em torno do nosso (no qual a inflação terminou), onde a inflação não terminou tão rapidamente. O que leva ao fenômeno da "inflação perpétua".

Graças à mecânica quântica, a inflação pode acabar em qualquer região a qualquer momento ... Mas também há uma probabilidade final de não terminar em nenhuma região a qualquer momento. Onde termina, o Big Bang e o Universo aparecem - o mesmo que o nosso (na imagem eles são indicados por cruzes vermelhas).

Onde a inflação não termina, o espaço se expande, o que leva ao surgimento de regiões cujos Big Bangs são causalmente separados dos nossos e de regiões nas quais a inflação continua.

E assim por diante

Não sabemos muito sobre esses outros Universos:

• As leis da física, partículas, constantes fundamentais coincidem com as nossas lá?
• A densidade e outras propriedades coincidem com a nossa?
• De alguma maneira quântica estamos confusos com outros universos?

Talvez sim, talvez não. Uma abordagem conservadora sugere que as respostas a essas perguntas sejam "sim", "sim" e "não", respectivamente. Mas agora chegamos à pergunta principal do leitor: essa teoria é científica?

O multiverso não é uma teoria científica em si. Essas são as consequências teóricas das leis da física de acordo com sua interpretação atual. É possível que mesmo a conseqüência inevitável seja que, se você tiver um universo inflacionário controlado pela física quântica, terá que lidar com alguns fenômenos.

Mas o multiverso não explica necessariamente tudo o que acontece em nosso universo. Não resolve nossos problemas atuais (chamando palavras como “paisagem”, “energia de vácuo”, “princípio antrópico”, “constante cosmológica”, você simplesmente não entende o que significa “resolver problemas”). O pior de tudo é que ela não faz previsões precisas do que podemos observar.

E o que tudo isso significa? Aparentemente, o multiverso - se aceitarmos a correção de nossa compreensão do universo e de sua história - existe. Fora da parte observável do Universo, provavelmente existem muitas outras coisas, e provavelmente existem outros universos que começaram após o Big Bangs, e eles não podem interagir com o nosso.

Mas isso também significa que está além da verificabilidade em princípio. A única maneira que posso imaginar é catastrófica: restaurar a inflação, confundir vários observadores espalhados por diferentes regiões da inflação e observar como isso termina e como as coisas diferentes surgem em momentos diferentes, assumindo que você pode fazer algo Entenda quando você quebra o emaranhamento quântico (e isso ainda é desconhecido).

E para isso, a propósito, é necessário sobreviver ao Big Bang, no qual desejo-lhe boa sorte. Mas se isso não der certo para você, juntarei-me a John e outros céticos: o multiverso pode ser um resultado interessante e até inevitável da física. Mas até que possamos verificar cientificamente - e pode acontecer que nunca possamos - não é bom o suficiente para a ciência. Esta é uma suposição teórica que faz sentido, mas não é uma teoria científica e, devido às limitações do Universo, pode nunca se tornar uma.

O que é isso? Pode se tornar uma nova classe de tópicos que estamos começando a entender: a primeira "metafísica" fisicamente motivada descoberta por nós. Pela primeira vez, entendemos as limitações do universo, suas informações e o que isso significa para a cognizabilidade. E além e depois disso? Talvez seja aí que a metafísica começa, e aí o multiverso, talvez, permaneça para sempre.

Obrigado pela pergunta filosófica, e espero que você tenha gostado desta edição! Envie-me suas perguntas e sugestões para os artigos a seguir, para beginwithabang no gmail dot com.

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