Por décadas, vários físicos teorizaram que mesmo as menores mudanças nas leis fundamentais da natureza tornariam impossível a existência da vida.

Essa ideia, também conhecida como argumento do “Universo Ajustado”, sugere que a ocorrência de vida no Universo é muito sensível aos valores de certas físicas fundamentais. Altere qualquer um desses valores (como diz a lógica), e a vida não existiria, o que significa que devemos ter muita sorte de estar aqui!

Mas pode ser realmente o caso, ou é possível que a vida possa emergir sob diferentes constantes físicas, e simplesmente não sabemos disso? Esta questão foi abordada recentemente por Luke A. Barnes, um pesquisador de pós-doutorado no Sidney Institute for Astronomy (SIA), na Austrália. Em seu livro recente, A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos, ele e o professor de astrofísica de Sydney, Geraint F. Lewis, argumentaram que um universo bem ajustado faz sentido do ponto de vista da física.

Os autores também resumiram esses argumentos em um artigo de contribuição convidada, que apareceu no Routledge Companion to Philosophy of Physics (1ª ed.) Neste artigo, intitulado "O ajuste fino do universo para a vida", Barnes explica como "tuning" consiste em explicar observações empregando uma "suposição suspeitamente precisa". Isso, ele argumenta, tem sido um sintoma de teorias incompletas ao longo da história e é uma característica comum da cosmologia moderna e da física de partículas.

Impressão artística de um exoplaneta rochoso orbitando uma estrela semelhante ao Sol HD 85512 na constelação sul de Vela (A Vela). Crédito da imagem: ESO

Em alguns aspectos, essa ideia é semelhante ao Princípio Antrópico, que afirma que qualquer tentativa de explicar as propriedades do Universo não pode ignorar nossa existência como formas de vida. Isso contrasta fortemente com o Princípio Cosmológico, também conhecido como, Princípio de Copérnico, em homenagem a Nicolaus Copernicus, que formulou o modelo heliocêntrico do Universo, que afirma que não há nada de único ou especial sobre os humanos ou nosso lugar no Universo.

Em um artigo anterior, Barnes e Lewis argumentaram que longe de ser um caso de arrogância ou “religião disfarçada”, o Princípio Antrópico é uma parte necessária da ciência. Ao abordar a coincidência entre a existência da humanidade e um Universo que é velho o suficiente e regido pela física que favorece o surgimento de vida inteligente (ou seja, nós), eles derivaram uma máxima simples: “Qualquer relato da coincidência deve considerar como o Universo faz os seres que são capazes de medi-lo.”

Mas, como Barnes explicou, existem algumas diferenças significativas entre o Princípio Antrópico e o Universo Ajustado:

“Eu entendo a relação entre o ajuste fino e o princípio antrópico da seguinte maneira. O ajuste fino refere-se ao fato de que pequenas mudanças nas constantes da natureza teriam resultado em um universo incapaz de sustentar vida. O Princípio Antrópico diz que se as formas de vida físicas existem, elas devem observar que estão em um universo que é capaz de sustentar sua existência.”

A vida poderia existir se as leis da física fossem apenas um pouco diferente? Crédito da imagem: NASA / Serge Brunier

Posto de outra forma, Barnes afirma que o Princípio Antrópico é uma afirmação infalsificável (também conhecida como tautologia) que resulta do “efeito de seleção” de nossa própria existência. Visto que não temos uma população de vida e civilizações inteligentes para escolher, o próprio princípio não pode ser falsificado. Enquanto isso, diz Barnes, o argumento do ajuste fino é um "fato surpreendente sobre as leis da natureza como as conhecemos".

O argumento do Universo Ajustado remonta à década de 1970, quando a física começou a notar que pequenas mudanças nas constantes fundamentais da natureza, ou nas condições iniciais do Universo, excluiriam a vida como a conhecemos. Se o cosmos e as próprias leis da física tivessem evoluído de maneira diferente, a estabilidade necessária para a existência das criaturas vivas (em toda a sua complexidade) não seria possível.

Mas, como Barnes observa em seu artigo de resumo, essa lógica esbarra no mesmo velho problema. Como o modelo geocêntrico da Antiguidade, ele contém suposições suspeitamente precisas, que ele passa a abordar uma por uma. O primeiro tem a ver com a Constante Cosmológica (CC), ideia que Einstein propôs em 1917 como um acréscimo temporário às suas equações de campo para a Relatividade Geral. Denotado pelo personagem Lambda, a CC era uma força que iria “contrabalançar a gravidade” e assim garantir que o Universo permanecesse estático (uma visão popular na época).

Enquanto Einstein abandonou a CC alguns anos depois, quando soube que os astrônomos haviam provado que o Universo está se expandindo, a ideia foi reinterpretada desde os anos 1990. Com a percepção de que a expansão cósmica está se acelerando, os físicos começaram a postular que a CC de Einstein poderia ser a força misteriosa conhecida como “Energia Escura” (DE). Isso levou à teoria cosmológica amplamente aceita, conhecida como modelo Lambda Cold Dark Matter (LCDM).

Uma ilustração da expansão cósmica. Crédito da imagem: Laboratório de imagem conceitual do Goddard Space Flight Center da NASA

No entanto, a CC também representa um dos problemas teóricos mais significativos da física moderna. Como Matéria Escura, a existência da DE ou um CC reinventada foi proposta para explicar a diferença entre observações e previsões teóricas. Como os “epiciclos” de Ptolomeu que foram usados para racionalizar observações que não estavam em conformidade com o modelo geocêntrico, a CC é uma suposição que é “suspeitamente precisa”.

Além disso, existem as inconsistências que a CC tem com a teoria quântica de campos (QFT), que descreve as partículas como configurações de um campo. De acordo com a QFT, uma configuração particular conhecida como "estado de vácuo" ainda existirá na ausência de partículas. Mas se as teorias sobre CC e DE forem acreditadas, isso significaria que há uma quantidade considerável de energia no estado de vácuo.

A única maneira de explicar isso em termos aceitáveis para QFT e Relatividade Geral é assumindo que as contribuições da energia do vácuo e dos campos quânticos se cancelam. Mais uma vez, isso requer uma coincidência “suspeitamente precisa” entre vários fatores independentes. Em outra linha, o Modelo Padrão da Física de Partículas nos diz que a matéria consiste em 25 tipos diferentes de partículas subatômicas divididas em quatro grupos (Quarks, Leptons, Guage Bosons e Bosons Escalar).

A existência dessas partículas e suas respectivas propriedades (massa, carga e spin) foram verificadas por meio de experimentação rigorosa. O menor desvio de qualquer uma dessas propriedades afetaria significativamente como elas interagem e se comportam, levando à completa instabilidade da matéria. Quase o mesmo é verdade para a dimensionalidade do espaço-tempo, onde três dimensões do espaço (como postulado por Newton) são necessárias para átomos estáveis e órbitas planetárias estáveis.

Diagrama mostrando as partículas elementares que constituem a matéria. Crédito da imagem: CERN

Um Universo com três dimensões espaciais e uma dimensão de tempo (conforme descrito pela Relatividade Geral) também é essencial. Mais, diz Barnes, e os sistemas atômicos não poderiam permanecer estáveis. Em outras palavras, embora a CC possa levantar problemas teóricos, o Modelo Padrão e a dimensionalidade do espaço-tempo são consistentes com o modelo ajustado. Como Barnes disse:

“A constante cosmológica é inexplicada em nossas equações e é consistente com um universo que permite vida apenas em uma faixa muito pequena. Seu valor é uma suposição desmotivada e precisa, na constante dos modelos padrão da física de partículas e cosmologia. Muitas das outras constantes do modelo padrão são as mesmas.”

A questão, então, é como resolver esses problemas em nossos modelos convencionais? O que mais poderia explicar o fato de que nosso Universo permite a vida, enquanto variações do menor tipo tornariam isso impossível? Para isso, Barnes e Lewis sugerem que o Multiverso poderia vir em seu socorro. “Talvez o multiverso, nosso universo permite a vida por acaso, e há muitos outros universos variados por aí”, disse ele.

Mas, entretanto, ainda existe a possibilidade de que quaisquer inconsistências ou incongruências indiquem o que é a verdade. Como Copérnico, que percebeu que os movimentos dos planetas (que exigiam epiciclos e equantes para fazer sentido) eram na verdade uma indicação de que o modelo estava errado, o ajuste fino pode ser uma indicação da física além do modelo padrão ou de que o próprio modelo precisa revisão.

O nosso Universo poderia ser parte de um multiverso mais amplo? E esses outros Universos poderiam sustentar a vida? Crédito da imagem: Jaime Salcido / EAGLE Collaboration

“Acho que o ajuste fino em geral é uma pista para uma explicação mais profunda. Pequenas probabilidades podem ser apenas pequenas probabilidades, ou podem ser geradas por algumas suposições incorretas”, acrescentou Barnes. “O interessante sobre o ajuste fino das constantes fundamentais é que elas estão no último andar das explicações científicas no momento. Elas são tão profundas quanto a física segue (pelo menos, enquanto é apoiada por evidências).”

Barnes e Lewis também são responsáveis pelo The Cosmic Revolutionary's Handbook: (Ou: How to Beat the Big Bang), que detalha ainda mais suas teorias sobre cosmologia e o modelo ajustado (publicado em 2019).

Mais informações:

Luke A. Barnes, The Fine-Tuning of the Universe for Life. arXiv:2110.07783v1 [physics.hist-ph], arxiv.org/abs/2110.07783

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Referência:

Is the Universe Fine-Tuned for Life? Universe Today, 02, nov. 2021. Disponível em: <https://www.universetoday.com/153083/is-the-universe-fine-tuned-for-life/>. Acesso em: 03, nov. 2021.