No começo, houve... bem, talvez não tenha havido começo. Talvez nosso universo sempre tenha existido - e uma nova teoria da gravidade quântica revela como isso poderia funcionar.

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"A realidade tem tantas coisas que a maioria das pessoas associaria à ficção científica ou mesmo à fantasia", disse Bruno Bento, físico que estuda a natureza do tempo na Universidade de Liverpool, no Reino Unido.

Em seu trabalho, ele empregou uma nova teoria da gravidade quântica, chamada teoria dos conjuntos causais, na qual o espaço e o tempo são divididos em pedaços discretos de espaço-tempo. Em algum nível, existe uma unidade fundamental de espaço-tempo, de acordo com essa teoria. 

Bento e seus colaboradores usaram essa abordagem de conjunto causal para explorar o início do universo. Eles descobriram que é possível que o universo não tenha tido começo, que sempre existiu no passado infinito e apenas recentemente evoluiu para o que chamamos de Big Bang.

Um quantum de gravidade

A gravidade quântica é talvez o problema mais frustrante que a física moderna enfrenta. Temos duas teorias do universo extraordinariamente eficazes: a física quântica e a relatividade geral. A física quântica produziu uma descrição bem-sucedida de três das quatro forças fundamentais da natureza (eletromagnetismo, a força fraca e a força forte) em escalas microscópicas. A relatividade geral, por outro lado, é a descrição mais poderosa e completa da gravidade já inventada.

Mas, apesar de todos os seus pontos fortes, a relatividade geral é incompleta. Em pelo menos dois lugares específicos do universo, a matemática da relatividade geral simplesmente falha, deixando de produzir resultados confiáveis: nos centros dos buracos negros e no início do universo. Essas regiões são chamadas de "singularidades", que são pontos no espaço-tempo onde nossas leis atuais da física se desintegram e são sinais de alerta matemáticos de que a teoria da relatividade geral está tropeçando em si mesma. Dentro de ambas as singularidades, a gravidade se torna incrivelmente forte em escalas de comprimento muito pequenas.

Assim, para resolver os mistérios das singularidades, os físicos precisam de uma descrição microscópica da gravidade forte, também chamada de teoria quântica da gravidade. Existem muitos contendores por aí, incluindo a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop.

E há outra abordagem que reescreve completamente nossa compreensão de espaço e tempo.

Teoria do conjunto causal

Em todas as teorias atuais da física, o espaço e o tempo são contínuos. Eles formam um tecido liso que sustenta toda a realidade. Nesse espaço-tempo contínuo, dois pontos podem estar o mais próximo possível um do outro no espaço, e dois eventos podem ocorrer o mais próximo possível no tempo.

Mas outra abordagem, chamada teoria dos conjuntos causais, reimagina o espaço-tempo como uma série de pedaços discretos, ou "átomos" de espaço-tempo. Essa teoria colocaria limites estritos sobre o quão próximos os eventos podem estar no espaço e no tempo, uma vez que eles não podem estar mais próximos do que o tamanho do "átomo".

Por exemplo, se você está olhando para a tela lendo isso, tudo parece suave e contínuo. Mas se você olhar para a mesma tela através de uma lupa, poderá ver os pixels que dividem o espaço e descobrir que é impossível trazer duas imagens em sua tela mais perto do que um único pixel.

Essa teoria da física entusiasmava Bento. "Fiquei emocionado ao encontrar esta teoria, que não apenas tenta ser o mais fundamental possível, sendo uma abordagem da gravidade quântica e realmente repensando a noção de espaço-tempo em si, mas que também dá um papel central ao tempo e ao que ele fisicamente significa que o tempo vai passar, o quão físico é o seu passado e se o futuro já existe ou não", disse Bento.

O espaço-tempo é feito de pedaços discretos ou "átomos" de espaço-tempo, semelhantes aos pixels de uma imagem de computador. Crédito da imagem: oxigênio / Getty Images

Começo do tempo

A teoria dos conjuntos causais tem implicações importantes para a natureza do tempo. 

"Uma grande parte da filosofia do conjunto causal é que a passagem do tempo é algo físico, que não deve ser atribuída a algum tipo emergente de ilusão ou a algo que acontece dentro de nossos cérebros, que nos faz pensar que o tempo passa; essa passagem é, em si, uma manifestação da teoria física", disse Bento. "Assim, na teoria dos conjuntos causais, um conjunto causal crescerá um 'átomo' de cada vez e ficará cada vez maior."

A abordagem do conjunto causal remove nitidamente o problema da singularidade do Big Bang porque, em teoria, as singularidades não podem existir. É impossível que a matéria se comprima em pontos infinitamente minúsculos, eles não podem ficar menores do que o tamanho de um átomo do espaço-tempo.

Portanto, sem uma singularidade do Big Bang, como é o início do nosso universo? Foi aí que Bento e seu colaborador, Stav Zalel, aluno de pós-graduação do Imperial College London, pegaram o fio, explorando o que a teoria dos conjuntos causais tem a dizer sobre os momentos iniciais do universo. Seu trabalho aparece em um artigo publicado em 24 de setembro no banco de dados de pré-impressão arXiv. (O artigo ainda não foi publicado em uma revista científica revisada por pares.) 

O artigo examinou "se deve existir um começo na abordagem do conjunto causal", disse Bento. "Na formulação e dinâmica do conjunto causal original, classicamente falando, um conjunto causal cresce do nada para o universo que vemos hoje. Em nosso trabalho, em vez disso, não haveria Big Bang como um começo, já que o conjunto causal seria infinito para o passado, então sempre há algo antes."

Seu trabalho implica que o universo pode não ter tido um começo, que simplesmente sempre existiu. O que percebemos como o Big Bang pode ter sido apenas um momento particular na evolução desse conjunto causal sempre existente, não um verdadeiro começo.

Ainda há muito trabalho a ser feito, no entanto. Ainda não está claro se esta abordagem causal sem começo pode permitir teorias físicas com as quais podemos trabalhar para descrever a evolução complexa do universo durante o Big Bang.

"Ainda se pode perguntar se esta [abordagem do conjunto causal] pode ser interpretada de uma forma 'razoável', ou o que tal dinâmica significa fisicamente em um sentido mais amplo, mas mostramos que uma estrutura é de fato possível", disse Bento. "Então, pelo menos matematicamente, isso pode ser feito."

Em outras palavras, é.... um começo.

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Referência:

SUTTER, Paul. What if the universe had no beginning? Live Science, 11, out. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/universe-had-no-beginning-time>. Acesso em: 13, out. 2021.