Quatro definições científicas do conceito de "nada"

O Universo é um lugar enorme, diversificado e interessante, cheio de matéria e energia, de várias formas; e tudo isso é representado no palco do espaço-tempo, de acordo com as leis da física. Isso é ilustrado por esta fotografia do telescópio Hubble, que mostra um aglomerado de galáxias IDCS J1426.5 + 3508 . E quanto tudo precisa ser removido antes de realmente termos alguma coisa?

Observando nosso mundo e nosso universo, refletimos e raciocinamos sobre tudo o que está nele. São várias partículas, átomos, pessoas, além de planetas, estrelas, galáxias e as maiores estruturas. Dependendo do que nos interessa, podemos discutir gás, poeira, radiação, buracos negros ou até matéria escura. Mas tudo o que vemos, observamos ou cuja existência supomos não pode existir para sempre. Parte disso surgiu da matéria preexistente, enquanto a outra, ao que parece, surgiu inteiramente do nada. Não é de surpreender que nem todos concordem com o que queremos dizer, cientificamente falando, usando as palavras "nada". Dependendo de quem (ou quando) você pergunta, você pode obter uma das quatro respostas a seguir. E é por isso que todos eles são importantes para nós.


A galáxia mais solitária do Universo - não existe outra galáxia por perto, a uma distância de 100 milhões de anos-luz. Mas isso não pode ser chamado de uma representação verdadeira do espaço vazio.

1) O momento em que o que interessa a você não existia. Como o universo criou planetas? E as estrelas? E a assimetria da matéria? Esses objetos nem sempre existiam, eles tinham que ser criados. Quando o mecanismo de sua aparência é conhecido, geralmente dizemos que nosso assunto de interesse foi criado a partir de algo, e não a partir do nada. Os planetas emergem dos fragmentos das gerações anteriores de estrelas, nos núcleos em que foram criados elementos pesados, que foram então jogados no espaço interestelar. As estrelas emergem da contração das nuvens de gás, nas quais aparecem regiões suficientemente densas e quentes que podem inflamar a fusão nuclear. Planetas e estrelas são matéria que emergiu de uma forma anterior de matéria; eles são criados a partir de algo, não do nada.


O Big Bang criou matéria, antimatéria e radiação, e em algum momento um pouco mais de matéria foi criada, graças à qual surgiu o Universo de hoje. Como essa assimetria apareceu em um processo que começou simetricamente - essa questão permanece em aberto até agora.

Mas o assunto que temos hoje não veio de alguns que existiam antes dele. Em algum momento do passado distante, o Universo consistia em partes iguais de matéria e antimatéria; as leis da física conhecidas por nós nos permitem criá-las apenas em proporções iguais. No entanto, o universo de hoje é quase inteiramente composto de matéria, e não de antimatéria; todos os bilhões de bilhões de galáxias que conhecemos são compostos de matéria, não de antimatéria. De onde veio a assimetria? Veio de um estado anterior simétrico; de um estado em que matéria e antimatéria estavam igualmente divididas. Desde o momento em que a assimetria não existia. Alguns acreditam que isso significa que o assunto que temos hoje surgiu do nada - embora outras pessoas discutam com eles aderindo estritamente a outras definições de "nada".

E, no entanto, ninguém argumenta que o problema científico da barogênese , ou a causa raiz da assimetria da matéria / antimatéria, é um dos mistérios mais onerosos da física moderna. Muitas idéias e mecanismos para o surgimento da matéria foram inventados (em vez da antimatéria), mas não temos evidências para declarar um vencedor entre eles.


O Modelo Padrão da Física de Partículas descreve três das quatro interações (todas, exceto a gravidade), todo o conjunto de partículas abertas e todas as suas interações. Graças à teoria concomitante dos campos quânticos, também podemos descobrir as propriedades do vácuo quântico.

2) espaço vazio. Imagine tudo o que existe hoje no universo. Imagine todos os componentes fundamentais da matéria; cada quantum de radiação; todo buraco negro; toda massa; todas as partículas e antipartículas. Agora imagine que removemos tudo isso. Imagine que eles desapareceram do Universo e deixaram apenas espaço vazio. O que exatamente restaria depois disso? Alguns dizem que não sobraria nada, e essa definição lhes convém.


Uma visualização da teoria quântica de campos, na qual os cálculos demonstram as partículas virtuais de um vácuo quântico. Mesmo no espaço vazio, a energia do vácuo não é igual a zero.

Mas a entidade, conhecida como espaço-tempo, ainda permanecerá no lugar, como todas as leis da física. Todos os campos presentes no espaço vazio, incluindo o campo de Higgs e os campos quânticos, que frequentemente retratamos como pares de partículas-antipartículas emergentes e desaparecendo, ainda existem. Leis físicas, como a teoria quântica de campos, ainda funcionam; Existe uma teoria geral da relatividade; constantes fundamentais existem e não mudaram de significado. O vácuo do espaço vazio em si tem energia zero diferente de zero. Hoje, ela se manifesta como energia escura e, no passado distante, com um valor diferente de zero completamente diferente, era a principal força por trás da inflação cosmológica. Quando dizem que o Universo não apareceu do nada, geralmente significam exatamente esse "nada": o Big Bang quente, gerado pela inflação.


Imagem de espaço vazio plano, sem matéria, energia ou curvatura. Se este espaço tiver a menor energia zero possível, não será possível reduzi-la

3) Um espaço vazio com a menor energia possível. E se a energia zero do universo fosse reduzida ao seu estado fundamental? No final da inflação, a energia do vácuo no Universo caiu muito: da barra de inflação para o valor atual. Essa queda na energia do espaço vazio levou a um enorme aumento na energia das partículas e gerou um Big Bang quente. Mas não há garantia de que agora estamos no estado de energia realmente mínimo possível; é possível que estejamos em um estado de falso vácuo, e o verdadeiro vácuo nos espera após outra transição catastrófica que mudará o universo.


Campo escalar φ em um vácuo falso. Observe que a energia E é mais alta do que no vácuo verdadeiro ou no estado fundamental, mas há uma barreira que impede que o campo deslize para baixo para verdadeiro. Na época da inflação, o Universo não estava em um estado de verdadeiro vácuo; é possível que ainda não seja hoje.

Se você alcançar esse verdadeiro estado fundamental, qualquer que seja, e remover toda a matéria, energia, radiação e ondas do espaço-tempo do Universo, o que resta? Essa é provavelmente a idéia final do que “nada físico” pode ser: você ainda tem uma cena para o universo tocar. Pode não ter atores, papéis, roteiro, mas no grande abismo o "nada" ainda tem uma cena. O vácuo espacial terá um valor mínimo; não haverá esperança de extrair trabalho, energia ou partículas reais dele, mas o espaço-tempo e as leis da física ainda existirão. Em teoria, se você adicionar uma partícula a esse universo, ela não será diferente da partícula isolada que existe hoje em nosso universo.


Todo o conjunto de entidades disponíveis no Universo hoje tem sua origem no quente Big Bang. Além disso, o Universo de hoje poderia aparecer apenas por causa das propriedades que o espaço-tempo possui e das leis da física. Sem eles, não poderíamos existir de nenhuma forma

4) Tudo o que resta se você remover todo o Universo e as leis que o regem. E, finalmente, você pode imaginar como removemos tudo, incluindo o espaço, o tempo e as regras que governam todas as partículas ou quanta de energia. Isso cria o tipo de "nada" para o qual não há definição em física. Isso vai além do "nada" existente no Universo, e se torna um "nada" mais filosófico e absoluto. Mas, no contexto da física, essa definição de "nada" não dá sentido. Teríamos que assumir que existe um estado fora do espaço-tempo no qual espaço e tempo podem aparecer a partir desse estado hipotético de verdadeiro "nada".

Isso é possível? Como o espaço-tempo aparece em um determinado local se não existe espaço? Como se pode criar o começo dos tempos, se não existe um conceito como “anterior”, se não há tempo? E então de onde virão as regras que governam as partículas e suas interações? Pelo menos algo significa essa última definição de "nada" ou é apenas uma construção lógica que não tem um significado físico?


As flutuações no espaço-tempo em escala quântica durante a inflação abrangeram todo o Universo e deram origem a imperfeições na densidade e nas ondas gravitacionais. E embora o espaço em um estado de inflação possa ser legitimamente chamado de "nada", nem todos concordam.

Não há consenso sobre esse assunto. Devido às ambiguidades da linguagem humana, pode-se dizer "nada", significando qualquer uma dessas definições, e os puristas esperam ansiosamente gritar com você por se atrever a usar a palavra "nada" em um contexto menos puro do que sua definição. Se algo realmente apareceu onde nada disso havia acontecido antes, pode ser chamado de nada, mas nem todos concordam com isso. Se você remover toda a matéria, antimatéria, radiação e até curvatura espacial, podemos dizer com confiança que o que resta não será nada - mas ainda haverá algo que resta após essa purificação. Se você remover toda a energia inerente ao próprio espaço e deixar apenas o espaço-tempo e as leis da natureza, isso também poderá ser chamado de "nada". Mas, do ponto de vista filosófico, algumas pessoas ainda permanecerão insatisfeitas. E somente removendo esse restante, eles poderão concordar que o restante pode ser chamado de "nada".


A existência de partículas e antipartículas do Modelo Padrão foi prevista como resultado das leis da física. Sem essas leis e sem uma cena espaço-temporal, algo tangível pode aparecer?

Então quem está certo? Todos eles, cada um à sua maneira. A questão não é discutir sobre o que é o verdadeiro "nada", mas aceitar e entender essas definições e seu uso. É importante não confundir um com o outro e não discutir sobre por que você não pode usar a palavra de uma certa maneira. Em vez disso, quando alguém - e especialmente um cientista - usa a palavra "nada", tenta entender exatamente o significado e o fenômeno que ele está tentando explicar. Porque, apesar de toda a nossa imaginação, o único modelo verdadeiro de saber qualquer coisa é baseado no que podemos testar em nossa realidade física. Todo o resto, não importa o quão lógico possa parecer, será apenas um conceito de nossa mente.