A existência do multiverso é inevitável, e vivemos nele

Uma ilustração da multidão de Universos independentes não unidos por relações causais em um oceano cósmico em constante expansão é uma das idéias sobre a idéia do multiverso.

Imagine que o Universo que estamos observando de ponta a ponta é apenas uma gota no oceano cósmico. Que ainda existe espaço fora do nosso campo de visão, mais estrelas, mais galáxias e, acima de tudo, talvez, inúmeros bilhões de anos-luz a mais do que jamais podemos ver. E, embora o Universo não observável seja grande, ainda existem inúmeros outros Universos semelhantes a ele - alguns são maiores e mais velhos, outros são menores e mais jovens - se estendendo pelas vastas extensões do espaço-tempo. E embora esses Universos se expandam inevitavelmente e rapidamente, o espaço-tempo que os contém se expande ainda mais rapidamente, afastando-os cada vez mais, garantindo que nenhum par de Universos jamais se encontre. Parece ficção científica: essa é a ideia científica do multiverso. Mas se a ciência estiver correta, não será apenas uma idéia confiável, será uma sequência inevitável de leis fundamentais.



O conceito do artista sobre a representação logarítmica do universo observável. Estamos limitados pela oportunidade de olhar para o passado pela quantidade de tempo que se passou desde os tempos do Big Bang: 13,8 bilhões de anos, ou, dada a expansão do Universo, então 46 bilhões de anos-luz.

A idéia de um multiverso nasce da física necessária para descrever o universo que vemos e habitamos hoje. Onde quer que olhemos para o céu, vemos estrelas e galáxias se agrupando em uma gigantesca teia cósmica. Mas quanto mais olhamos para o espaço, mais olhamos para o tempo. As galáxias mais distantes parecem-nos mais jovens e, portanto, menos desenvolvidas. Suas estrelas têm menos elementos pesados, seu tamanho aparente é menor, porque passaram por menos fusões, há mais em espiral, menos galáxias elípticas (precisam de tempo para se formar após as fusões) e assim por diante. Se chegarmos ao limite de nossas habilidades para ver, você encontrará as primeiras estrelas do Universo e além disso - o reino das trevas, no qual a única luz será o brilho residual do Big Bang.



Olhando para objetos cada vez mais distantes do Universo, olhamos para o passado, até o momento em que não havia átomos, até o Big Bang

Mas o Big Bang, que aconteceu simultaneamente em todo o universo 13,8 bilhões de anos atrás, não foi o começo do espaço e do tempo, mas se tornou o começo do nosso universo observável. Antes dele, havia uma era de inflação cósmica, na qual o espaço se expandia exponencialmente e era preenchido com energia inerente ao tecido do espaço-tempo. A inflação cósmica é um exemplo de uma teoria que acompanhou o núcleo e depois o ofuscou, porque:

1. Consistente com todos os sucessos do Big Bang e abraçou toda a cosmologia moderna.
2. Ela explicou vários problemas com os quais o Big Bang não conseguiu lidar, incluindo: por que a temperatura em todo o Universo é a mesma, por que é espacialmente plana, por que não existem relíquias residuais de alta energia como monopólos magnéticos.
3. Ela fez muitas novas previsões que podem ser verificadas através da observação, e a maioria delas já foi confirmada.

Mas a inflação prevê mais uma consequência, pela qual não sabemos se podemos confirmá-la ou não: o multiverso.



A inflação faz com que o espaço se expanda exponencialmente, o que pode rapidamente fazer com que qualquer espaço curvo pareça plano

A inflação funciona de tal maneira que força o cosmos a se expandir a uma taxa exponencial. Tudo o que existia antes do Big Bang está se tornando muito, muito, muito maior em tamanho. Até agora, tudo está claro: isso explica por que temos um universo tão homogêneo e amplo. No final da inflação, o Universo está cheio de matéria e radiação, e é isso que vemos como um Big Bang quente. Mas isso é estranho. Para que a inflação termine, o campo quântico responsável por ela deve passar de um estado instável de alta energia que alimenta a inflação para um estado de equilíbrio de baixa energia. Essa transição e "rolar" de uma colina para uma planície faz com que a inflação termine e dê origem a um Big Bang quente.



Se a inflação fosse um campo clássico, a inflação continuaria enquanto o valor do campo permanecesse grande, mas quando o valor diminuído diminuiria, a inflação pararia e reaqueceria o Universo.

Mas não importa qual campo seja responsável pela inflação, ele, como todos os outros campos que obedecem às leis da física, deve ser de natureza quântica. Como todos os campos quânticos, é descrito por uma função de onda, cuja probabilidade é distribuída ao longo do tempo. Se o valor do campo sair da colina bem devagar, o borrão quântico da função de onda será mais rápido que o roll-off, o que significa que a inflação é provável, e até possível, que escapa do ponto final e dá origem ao Big Bang ao longo do tempo.



Se a inflação é um campo quântico, seu valor é distribuído ao longo do tempo, e diferentes realizações do valor do campo surgem em diferentes partes do espaço. Em muitas áreas, o valor do campo será igual ao fundo do vale e a inflação terminará, e em muitas outras, a inflação continuará arbitrariamente por um longo tempo.

À medida que o espaço se expande a uma taxa exponencial durante a inflação, um número exponencialmente grande de seções do espaço surgirá ao longo do tempo. Em algumas regiões, a inflação terminará: onde o valor do campo desce até o fundo do vale. Em outros, a inflação continuará e gerará mais espaço em torno de todas as regiões em que a inflação terminou. A taxa de inflação é muito maior que a taxa máxima de expansão do universo cheio de matéria e energia; portanto, as regiões em expansão começarão a prevalecer rapidamente sobre todo o resto. De acordo com mecanismos plausíveis que nos dão bastante inflação para gerar o Universo observável, há muito mais regiões do espaço ao redor da nossa - onde a inflação terminou - nas quais a inflação não termina.



Onde a inflação ocorre (cubos azuis), gera um número exponencialmente maior de regiões do espaço a cada momento no tempo. Mesmo que existam muitas regiões nas quais a inflação terminou (marcada com cruzes vermelhas), haverá muito mais regiões nas quais a inflação continuará no futuro. E o fato de nunca terminar torna a inflação "interminável" após o início.

É daí que vem o fenômeno conhecido como inflação sem fim. Onde termina, temos um Big Bang quente e o Universo, no qual podemos observar a parte em que estamos (essas áreas são marcadas com cruzes vermelhas na figura acima). Mas onde a inflação não termina, aparece ainda mais espaço em expansão, como resultado das áreas em que o Big Bang quente, quando ocorre, não estará causalmente conectado ao nosso site e áreas em que a inflação continuará. E assim por diante



Não importa quão grande seja a parte observável do Universo, é apenas uma pequena parte do que deve existir além dele.

É essa imagem dos enormes Universos, que é muito maior do que a parte que podemos observar, aparecendo constantemente em um espaço em expansão exponencial e descreve o multiverso. É importante entender que o multiverso em si não é uma teoria científica. Ela não prevê nenhum fenômeno observado que possamos acessar do nosso canto do espaço. Em vez disso, o multiverso é uma previsão teórica decorrente das leis da física que hoje entendemos melhor. Talvez seja uma conseqüência inevitável dessas leis: se você tem um universo inflacionário controlado pela física quântica, está predeterminado para chegar a essa conclusão.



Embora a existência de múltiplos Universos independentes seja prevista na expansão do espaço-tempo, a inflação nunca termina em todo lugar ao mesmo tempo, ela ocorre apenas em certas áreas independentes separadas por uma expansão contínua do espaço. Daqui vem a motivação científica da idéia do multiverso.

É possível que nossa compreensão do estado anterior ao Big Bang esteja incorreta e que nossas idéias sobre inflação sejam completamente inaplicáveis. Nesse caso, a existência do multiverso não é inevitável. Mas a previsão de um estado infinitamente em expansão, onde inúmeros universos de bolsos estão constantemente nascendo e separados um do outro, é uma conseqüência direta de nossas melhores teorias até o momento, se forem verdadeiras.

O que é então um multiverso? Pode ir além dos limites da física e se tornar o primeiro fenômeno metafísico que encontramos, resultante da física. Esta é a primeira vez que entendemos as limitações do que o universo pode nos ensinar. Existem informações de que precisamos, mas nunca podemos fazê-las elevar uma idéia ao estado de uma ciência que está sendo testada. Até então, podemos prever, mas não confirmamos nem negamos, o fato de que nosso Universo é apenas uma pequena parte do grande multiverso.