O universo pode não nos deixar.

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Os físicos há muito tempo são incapazes de desvendar o mistério do que aconteceu nos momentos em que uma pequena semente que desapareceu explodiu no universo. Agora, um cientista acha que sabe por que eles não podem fazer uma descrição física desse fenômeno chamado inflação: O universo não permite. 

Especificamente, o cientista descreve uma nova conjectura que afirma, em relação ao universo jovem, "o observador deve ser protegido" de observar diretamente as menores estruturas do cosmos.

Em outras palavras, por definição, os físicos podem nunca ser capazes de construir um modelo de inflação usando as ferramentas usuais e terão que encontrar uma maneira melhor.

Mas porque não? Essa nova conjectura, que é uma opinião ou pensamento baseado em informações incompletas, aponta a culpa para uma característica particular dos modelos de inflação. Esses modelos pegam flutuações muito pequenas no espaço-tempo e as tornam maiores. Mas não temos uma teoria física completa dessas pequenas flutuações e, portanto, os modelos de inflação que têm essa característica (que é quase todas) nunca funcionarão.

Entra em cena a teoria das cordas, que pode ser a chave para elucidar os segredos da inflação.

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Inflando

As observações da estrutura em grande escala do universo e as sobras de luz do Big Bang revelaram que, no início do universo, nosso cosmos provavelmente experimentou um período de expansão incrivelmente rápida. Esse evento notável, conhecido como inflação, fez com que o universo se tornasse trilhões e trilhões de vezes maior na mais ínfima fração de segundo.

No processo de ficar enorme, a inflação também tornou nosso cosmos um pouco instável. Com o desdobramento da inflação, as menores flutuações quânticas aleatórias, flutuações construídas na própria estrutura do espaço-tempo ficaram muito, muito maiores, o que significa que algumas regiões estavam mais densamente repletas de matéria do que outras. Eventualmente, essas diferenças submicroscópicas cresceram para se tornar macroscópicas... e ainda maiores, em alguns casos estendendo-se de uma extremidade do universo à outra. Milhões e bilhões de anos depois, essas pequenas diferenças de densidade cresceram e se tornaram as sementes de estrelas, galáxias e as maiores estruturas do cosmos.

Os astrônomos suspeitam fortemente que algo como essa história da inflação aconteceu nos primeiros momentos do universo, quando tinha menos de um segundo; mesmo assim, eles não sabem o que desencadeou a inflação, o que a impulsionou, quanto tempo durou ou o que a desligou. Em outras palavras, falta aos físicos uma descrição física completa desse acontecimento importante.

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Para aumentar a mistura de mistérios, na maioria dos modelos de inflação, as flutuações em escalas extremamente pequenas são infladas para se tornarem diferenças macroscópicas. Quão minúsculo? Mais minúsculo que o comprimento de Planck, ou aproximadamente 1,6 x 10^ menos 35 metros (o número 16 precedido por 34 zeros e uma vírgula decimal). Essa é a escala em que a força da gravidade rivaliza com as outras forças fundamentais da natureza. Nessa escala, precisamos de uma teoria unificada da física para descrever a realidade.

Não temos essa teoria.

Portanto, temos um problema. A maioria (senão todos) dos modelos de inflação exige que o universo cresça tanto que as diferenças subplanckianas se tornem macroscópicas. Mas não entendemos a física subplanckiana. Então, como poderíamos construir um modelo teórico de inflação se não entendemos a física subjacente?

Além da escala de Planck

Talvez a resposta seja: não podemos. Sempre. Este conceito é chamado de Conjectura de Censura Trans-Planckiana, ou TCC (neste nome, "trans-Planckiano" significa qualquer coisa que alcance abaixo do comprimento de Planck).

Robert Brandenberger, cosmologista teórico suíço-canadense e professor da Universidade McGill em Montreal, Canadá, escreveu recentemente uma revisão do TCC. De acordo com Brandenberger, "O TCC é um novo princípio que restringe cosmologias viáveis". Em sua opinião, o TCC implica que qualquer observador em nosso mundo de grande escala nunca pode "ver" o que acontece na minúscula escala transplanckiana. Mesmo se tivéssemos uma teoria da gravidade quântica, o TCC afirma que qualquer coisa que viva no regime subplanckiano nunca "passará" para o mundo macroscópico. Quanto ao que o TCC pode significar para os modelos de inflação, infelizmente não é uma boa notícia. 

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A maioria das teorias da inflação baseia-se em uma técnica conhecida como "teoria do campo eficaz". Como não temos uma teoria que unifique a física em altas energias e escalas pequenas (também conhecidas como condições como a inflação), os físicos tentam construir versões de baixa energia para fazer progresso. Mas sob o TCC, esse tipo de estratégia não funciona, porque quando a usamos para construir modelos de inflação, o processo de inflação acontece tão rapidamente que "expõe" o regime subplanckiano à observação macroscópica, disse Brandenberger.

À luz dessa questão, alguns físicos se perguntam se deveríamos adotar uma abordagem completamente diferente para o universo primitivo.

Fora do pântano

A cosmologia dos gases de cordas é uma abordagem possível para modelar o universo primitivo sob a teoria das cordas, que é ela própria uma candidata esperançosa para uma teoria unificada da física que traz a física clássica e quântica sob o mesmo teto. No modelo do gás de corda, o universo nunca passa por um período de inflação rápida. Em vez disso, o período de inflação é muito mais suave e lento, e as flutuações abaixo do comprimento de Planck nunca ficam "expostas" ao universo macroscópico. A física abaixo da escala de Planck nunca cresce para se tornar observável e, portanto, o TCC é satisfeito. No entanto, os modelos de gás de corda ainda não têm detalhes suficientes para testar contra as evidências observáveis de inflação no universo.

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O TCC está relacionado a outro ponto de conflito entre a inflação e as teorias da física unificada, como a teoria das cordas. A teoria das cordas prevê um número enorme de universos potenciais, dos quais nosso cosmos particular (com seu conjunto de forças e partículas e o resto da física) representa apenas um. Parece que a maioria (senão todos) dos modelos de inflação são incompatíveis com a teoria das cordas em um nível básico. Em vez disso, eles pertencem ao que os teóricos das cordas chamam de "pântano" - a região de universos possíveis que simplesmente não são fisicamente realistas.

O TCC pode ser uma expressão da rejeição da inflação no pantanal.

Ainda pode ser possível construir um modelo tradicional de inflação que satisfaça o TCC (e viva fora do pântano da teoria das cordas); mas se o TCC for verdadeiro, isso limita severamente os tipos de modelos que os físicos podem construir. Se a inflação conseguir prosseguir por um período de tempo curto o suficiente (imagine estourar um balão lentamente e parar antes de estourar), enquanto ainda se planta as sementes que um dia crescerão e se tornarão estruturas massivas, a teoria da inflação pode funcionar.

No momento, o TCC não está comprovado é apenas uma conjectura. Ela se alinha com outras linhas de pensamento da teoria das cordas, mas a própria teoria das cordas também não foi comprovada (na verdade, a teoria não está completa e nem mesmo é capaz de fazer previsões ainda). Mesmo assim, ideias como essa são úteis, porque os físicos fundamentalmente não entendem a inflação, e qualquer coisa que possa ajudar a aguçar esse pensamento é bem-vindo.

Originalmente publicado em: Live Science.