Ao responder perguntas sobre mundos paralelos, os físicos precisam distinguir cuidadosamente entre interpretações dessa idéia. Na cosmologia inflacionária, existe a idéia de um "multiverso", na mecânica quântica - "a multiplicidade de mundos" ou "ramos da função de onda", na teoria das cordas - "branas paralelas". Mas, recentemente, as pessoas estão cada vez mais pensando se as duas primeiras idéias podem vir da mesma base. (Bran, do meu ponto de vista, ainda é um conceito completamente separado).
À primeira vista, isso é loucura - ou, pelo menos, me pareceu a princípio. Quando os cosmólogos falam sobre o multiverso, eles usam um termo parcialmente poético. De fato, queremos dizer diferentes regiões do espaço-tempo que estão tão distantes que não podemos observá-las, mas ainda pertencem ao que gostaríamos de chamar de "universo". Na cosmologia inflacionária, essas regiões remotas podem ser relativamente auto-suficientes - como Alan Gut as chama de "universos de bolso". Se você combinar isso com a teoria das cordas, as leis locais emergentes da física em diferentes universos de bolso podem ser muito diferentes. Eles podem ter partículas diferentes, forças diferentes e até um
número diferente de dimensões . Portanto, é bastante razoável considerá-los como universos separados, mesmo que todos façam parte do mesmo espaço-tempo.
Com uma rápida olhada na mecânica quântica, a situação parece completamente diferente. Lembre-se do
gato Schrödinger . A mecânica quântica descreve a realidade através de funções de onda que atribuem valores (amplitudes) a todas as probabilidades possíveis do que podemos observar. O gato não está vivo nem morto - está em uma superposição de vida + morte. Pelo menos até realizarmos a observação. Em uma interpretação simplificada de Copenhague, no momento da observação, a função de onda "entra em colapso" em uma possibilidade real. Vemos um gato vivo ou um gato morto. Outra possibilidade desapareceu. Na interpretação da multiplicidade dos mundos de Everett, ambas as possibilidades continuam a existir, mas nós, um observador macroscópico, somos divididos em dois - um de nós observa um gato vivo e o outro - um morto. E agora já existem dois de nós, ambos absolutamente reais, e não podemos convergir um com o outro.
Essas duas idéias parecem completamente diferentes. No multiverso cosmológico, outros universos estão muito distantes. Na mecânica quântica, eles existem aqui, mas em diferentes espaços de possibilidades (em diferentes partes do
espaço de Hilbert , se você quiser se aprofundar nos detalhes). Mas alguns físicos há muito pensam se essas idéias podem ser as mesmas. E alguns novos trabalhos científicos publicados por pensadores ousados da área da Baía de São Francisco estão desenvolvendo essa hipótese em detalhes.
1.
Teorias físicas, inflação eterna e universo quântico , Yasunori Nomura
2.
A interpretação multiverso da mecânica quântica , Raphael Bousso e Leonard Susskind
As idéias relacionadas a essa hipótese foram discutidas recentemente sob o título "Como se
envolver na mecânica quântica em um universo infinitamente grande" - esses são os trabalhos de
Don Page e
Anthony Aguayer (e outros) . Mas os trabalhos mencionados anteriormente são dedicados diretamente à hipótese “multiverso = multiplicidade de mundos”.
Depois de ler esses dois trabalhos, passei de um cético duvidoso para um seguidor cauteloso. Isso aconteceu por uma razão simples: percebi que essas idéias se encaixavam bem com outras que pensava em mim! Então, tentarei explicar o que está acontecendo. No entanto, minha interpretação desses trabalhos é dada sob a influência de minhas próprias idéias. Portanto, explicarei o que, na minha opinião, pode ser verdade. Penso que a explicação será suficientemente próxima da apresentada nesses dois trabalhos, mas não é necessário culpar seus autores por qualquer estupidez que venha de mim.
Existem duas idéias que juntas levam essa suposição maluca a algo significativo. O primeiro é o enfraquecimento do vácuo quântico.
Quando especialistas em física de partículas dizem "vácuo", eles não significam "espaço vazio", eles falam sobre "o estado com a energia mais baixa de todos os estados semelhantes". Suponha que você tenha um
campo escalar que preenche o universo, seja capaz de assumir valores diferentes e, com cada um deles, exista alguma energia potencial diferente das demais. No curso normal dos eventos, o campo procura atingir um mínimo de energia potencial - este é o "vácuo". Mas, ao mesmo tempo, existe um "verdadeiro vácuo", no qual a energia é realmente o menor possível, e existem "falsos vazios" onde você atingiu um mínimo local, mas não global.
O destino do
falso vácuo foi trabalhado em várias obras famosas de Sydney Coleman e seus colegas na década de 1970. Em suma, os campos estão sujeitos a flutuações quânticas. Portanto, o campo escalar não está em um estado de vácuo silencioso. Se você o observar, poderá ver como isso se desvia um pouco. Às vezes, desvia tanto que atravessa a barreira na direção do verdadeiro vácuo. Isso não ocorre no espaço ao mesmo tempo; isso acontece em uma pequena região, em uma bolha. Mas quando isso acontece, o campo já está se esforçando para permanecer em um estado de verdadeiro vácuo, e não falso - o primeiro é energeticamente preferível. Portanto, a bolha está crescendo. Outras bolhas em outros lugares também crescem. Como resultado, as bolhas colidem e a transição de um vácuo falso para um verdadeiro é concluída com êxito. (A menos que o Universo se expanda tão rápido que as bolhas não se alcancem). Isso é muito parecido com o modo como a água se transforma em vapor, formando bolhas.
É nesse sentido que todos falam do destino do falso vácuo, mas, de fato, tudo não está indo assim. Os campos quânticos não experimentam "flutuações"; é uma linguagem poética usada para facilitar a comunicação com nossa intuição clássica. Nossas observações sofrem flutuações - observamos o mesmo campo muitas vezes e sempre observamos valores diferentes.
Da mesma forma, dizer que "uma bolha está se formando e crescendo" não é inteiramente verdade. De fato, existe uma certa amplitude quântica para a bolha, que cresce com o tempo. Quando olhamos para o campo, vemos a bolha ou não vemos - assim como quando abrimos a caixa do Schroderer, vemos um gato vivo ou um morto. Mas, de fato, existe uma função de onda quântica que descreve todas as possibilidades de uma só vez.
Vamos levar isso em conta e introduzir o segundo ingrediente-chave: complementaridade (complementaridade) do horizonte. Esta é uma generalização da idéia de
complementaridade dos buracos negros , que, por sua vez, cresce a partir do
princípio quântico
da complementaridade . (Já está confuso?). O conceito de complementaridade foi introduzido por Niels Bohr, e significa que "você pode imaginar um elétron como uma partícula ou como uma onda, mas não como os dois ao mesmo tempo". Ou seja, existem maneiras diferentes, igualmente aceitáveis, de descrever algo que não pode ser usado simultaneamente.
A complementaridade dos buracos negros, grosso modo, é que "podemos falar sobre o que está acontecendo dentro ou fora do buraco negro, mas não ao mesmo tempo". Essa é uma maneira de evitar o paradoxo do
desaparecimento de informações em um buraco negro, à medida que ele evapora. Se você jogar um livro em um buraco negro, e as informações sobre ele não forem perdidas, então, em princípio, você poderá recriar seu conteúdo coletando toda a
radiação Hawking emitida pelo buraco negro. Isso parece verdade mesmo se você não entender o mecanismo que governa esse processo. O problema é que você pode "cortar" um pedaço de espaço-tempo, contendo o livro que cai dentro e a radiação que sai! Então, onde está a informação? (Ele não pode estar em dois lugares ao mesmo tempo - isso é proibido
pelo teorema da proibição de clones .
Sasskind, Torlacius e Aglum, assim como Gerard 't Hooft, propuseram a complementaridade como uma solução para o problema: você pode falar sobre um livro que cai em uma singularidade dentro de um buraco negro ou pode falar sobre a radiação Hawking do lado de fora, mas não os dois ao mesmo tempo. É um pouco como uma ilusão e uma tentativa de salvar a física da perspectiva desagradável do desaparecimento de informações junto com a emissão de buracos negros. Mas quanto mais os teóricos pensam sobre a operação dos buracos negros, mais
evidências são reunidas
para a verdade de algo como complementaridade.
De acordo com o princípio da complementaridade dos buracos negros, um observador externo não deve pensar no que está acontecendo lá dentro. Mais precisamente, tudo o que acontece lá dentro pode ser codificado com informações localizadas no próprio horizonte de eventos. Essa ideia se ajusta bem à holografia e ao fato de a entropia de um buraco negro ser proporcional à área do horizonte, e não ao seu volume. Na verdade, você está mudando o "interior do buraco negro" para "informação que vive no horizonte" (mais precisamente, no "horizonte esticado" localizado diretamente acima do real). Por sua vez, essa ideia está ligada ao
paradigma da membrana dos buracos negros, mas este artigo já foi inflado.
O horizonte de eventos não é o único tipo de horizonte na teoria geral da relatividade. Existem horizontes na cosmologia. A diferença é que podemos estar fora do buraco negro enquanto estamos dentro do universo. E o horizonte cosmológico é a esfera que nos cerca, além da qual tudo está tão distante que a luz não tem tempo suficiente para chegar até nós.
E há a complementaridade de horizontes: você pode falar sobre o que está dentro do seu horizonte cosmológico, mas não sobre o que está fora. Tudo o que, na sua opinião, pode acontecer fora do horizonte pode ser criptografado na forma de informações no próprio horizonte - assim como buracos negros! Isso se transforma em uma afirmação muito clara e plausível no espaço vazio, com uma constante cosmológica (espaço de Sitter), onde existe mesmo um análogo exato da radiação Hawking. Mas a complementaridade de horizontes afirma que isso é verdade mesmo em um sentido mais geral.
Do ponto de vista dos defensores da complementaridade, todos esses universos de cosmólogos não fazem sentido. Mais precisamente, você não precisa pensar neles literalmente. Tudo o que você precisa falar é o que acontece dentro (e na superfície) do seu próprio horizonte. E isso é uma quantidade finita de tudo, e não um multiverso infinitamente grande. Você pode imaginar que essa perspectiva tenha consequências de longo alcance no campo das previsões cosmológicas. A controvérsia sobre como vincular tudo isso ocorre na comunidade científica.
Agora vamos conectar as duas idéias: complementaridade do horizonte ("pense apenas no que está acontecendo dentro do universo observável") e enfraquecimento do vácuo quântico ("existe uma superposição quântica de vários estados de vácuo em qualquer ponto do espaço").
O resultado é um multiverso em um caixão. Ou pelo menos o multiverso dentro do horizonte. Por um lado, a complementaridade diz que não é necessário falar sobre o que está fora do universo observado. Qualquer pergunta razoável pode ser respondida em termos do que está acontecendo dentro do horizonte. Por outro lado, a mecânica quântica diz que uma descrição completa de tudo o que acontece dentro do universo observável inclui uma amplitude em vários estados possíveis. Assim, substituímos o multiverso cosmológico, no qual estados diferentes estão em regiões extremamente separadas do espaço-tempo, por um multiverso localizado, onde estados diferentes estão em um só lugar, apenas em diferentes ramos da função de onda.
É difícil entender imediatamente, mas espero que os principais pontos sejam claros. Mas tudo isso é verdade? E se sim, o que devemos fazer sobre isso?
Obviamente, não temos respostas para essas perguntas, mas é muito interessante falar sobre isso. Estou inclinado a acreditar que isso pode muito bem ser verdade. Se sim, gostaria de perguntar quais são as consequências para as condições cosmológicas iniciais e para a flecha do tempo. Não acho que essa abordagem forneça respostas simples para essas perguntas, mas pode oferecer uma plataforma relativamente confiável com a qual você pode começar a desenvolver certas respostas. O universo é muito grande e podemos esperar que seu entendimento seja um sério desafio para nós.