Nunca ninguém viu um electrão. Muito menos alguém alguma vez poderá tirar uma fotografia a um neutrino, por exemplo, para poder mostrar aos amigos. Isso simplesmente nunca será possível. As questões da dualidade precepção/existência há muito que perturbam os físicos, e alimentam a discussão sobre o conceito subtil da existência física. O que significa exactamente estar “cá”? Fazer parte do Universo? Haverão os chamados limites da percepção, portas dimensionais ou outros tipos de existências exteriores ao cosmos?

Todos nós achamos que existimos. Temos uma concepção da realidade à nossa volta que sentimos como autêntica  porque essa entidade a que chamamos mundo físico interage connosco. A primeira abordagem humana ao conceito de existência foi filosófica, de um ponto de vista puramente humano e intrínseco a nós mesmos. A abordagem antropomórfica à questão assenta numa premissa simples: existimos porque temos consciência de nós mesmos e do mundo à nossa volta; podemos sentir, tocar, ver, ouvir e manipular a realidade. O corpo humano é dotado de um pacote sensorial que nos permite, literalmente, aceder à realidade. Os profundos estudos versando o cérebro humano expõe de uma forma mais ou menos clara a maneira como processamos a informação captada pelos nossos sentidos, ou como o nosso cérebro capta o envelope existencial do mundo exterior ao nosso corpo. No entanto,  o que o nosso cérebro faz no fundo não é uma transposição do mundo físico para o interior da nossa consciência, mas antes uma reconstrução aproximada do mundo real. Executamos um truque para podermos elaborar uma imagem aproximada da realidade, que até pode na realidade (e o trocadilho é propositado) nem sequer existir de facto. As linhas do comboio não se cruzam no horizonte, o sol não é branco, nem tão pouco o chão fumega nos dias de calor. Tudo isso não passa de uma interpretação providenciada pelos sentidos e pelo nosso cérebro.  No entanto, os seres humanos são dotados de um sentido verdadeiramente fabuloso e único em toda a natureza. Nenhum outro organismo vivo que exista ou tenha alguma vez existido e evoluído no planeta terra, possui algo que sequer se lhe possa comparar: o nosso sentido da visão.

Uma águia é um animal verdadeiramente notável. De uma altura de várias centenas de metros consegue destrinçar sem grande esforço um ser vivo do tamanho de um rato, mergulhar na sua direcção, calcular a distância, velocidade e trajectória de forma a o atingir de um forma precisa e previamente planeada. Os cientistas ficam abismados com as aves de rapina porque o que fazem de forma quase automática e com aparente facilidade, é na realidade algo tremendamente complicado e difícil. Envolve o processamento de variáveis físicas complicadíssimas em tempo real, com uma margem de erro muito pequena; altura, velocidade, pressão atmosférica, vento, e isto tudo sobre um alvo em movimento, dotado de cérebro e grande agilidade. O mais evoluído mecanismo humano que se lhe pode de alguma forma comparar são os Drones militares: dispositivos equipados com poderosos computadores que fazem biliões de cálculos por segundo, servo-motores de acção quase instantânea, e uma equipa de humanos por trás a operá-lo e a tomar decisões. Mas mesmo os Drones são tecnologicamente muito inferiores ao que o olho de uma águia ligada ao seu cérebro e membros consegue fazer. Mesmo sendo o cume da mais avançada tecnologia de armamento existente, precisam de uma margem de erro de cerca de 30 a 120 m, de estarem dentro de certos limites de radar, de certas condições de vento e pressão favoráveis, e mesmo assim, falham de vez em quando. Uma águia em voo picado sobre o rato da pradaria têm uma margem de erro de cerca de 10 cm. E o rato sabe disso, por isso é que evoluiu durante milhões de anos para lhe poder escapar, e mesmo assim, muitas vezes não escapa. A águia possui uma visão binocular de grande definição, permitindo-lhe distinguir com facilidade objectos ínfimos parados ou em movimento, e recortá-los do fundo com grande precisão; os olhos de uma águia são o pináculo da evolução de um predador perfeitamente adaptado ao seu meio, letal e eficiente, uma máquina assassina temível para qualquer animal no solo. No entanto, os olhos de uma águia produzem imagens semelhantes a um quadro bidimensional, onde sombras e corpos de contornos delineados podem contrastar com mais facilidade com o ambiente circundante. Qualquer ser humano saudável apesar de não ter capacidades binoculares, compete com uma águia mesmo de uma altura de 50 ou 60 m, os olhos humanos possuem a capacidade de absorverem um espectro quase tão alargado de cores como uma águia, são muito sensíveis a mudanças de tonalidade, a sombras e alterações subtis de textura. O posicionamento dos nossos olhos frontalmente ao crânio permite uma visão completamente estereoscópica, aliando a isto uma enorme acuidade visual, resultando numa composição de enorme sensibilidade à volumetria e profundidade. É muito fácil enganar um cão e mesmo um gato em relação à distância de um objecto (por isso morrem tanto nas estradas, atropelados por carros), e mesmo uma águia precisa de muito tempo para se adaptar a uma sala por exemplo, e é atabalhoada num quarto cheio de divisões, candeeiros e janelas. No entanto, é quase impossível enganar um ser humano quanto à posição de um objecto, quer ele esteja perto ou longe, em movimento ou parado. Mesmo uma criança de 12 anos coloca com facilidade uma peça de madeira dentro dum buraco com essa forma, o que seria completamente impossível para uma águia ou um gato, mesmo que tivessem mãos e as pudessem usar. É  que nós temos um enorme e poderoso cérebro incorporado. A articulação de um sentido de visão que permitia, entre outras coisas, detectar a realidade com volumetria, produzir imagens 3-D de muito alta definição e manipulação fina de objectos, com um cérebro capaz de operações lógicas de grande complexidade, foi uma das principais razões do triunfo humano sobre a maior parte dos predadores do planeta. E no entanto, técnicamente, um olho é um sensor electromagnético calibrado para faixa espectral entre os 350 e 750 nm de comprimento de onda, ou seja a luz visível. O nosso cérebro recebe esses dados e processa-os em pequenos impulsos eléctricos de muito baixa potência que reorganizam e reconfiguram sinapses nervosas na nossa massa cerebral produzindo uma imagem e uma memória visual. É claro que o funcionamento de um olho humano por si só daria para uma estante de calhamaços com 500 páginas cada, mas de uma forma simples o nosso sentido da visão é um sensor ligado a uma unidade de processamento, tal qual uma câmara fotográfica é uma objectiva que canaliza a luz para um sensor CCD  ligado a uma unidade de processamento no corpo da máquina. Uma arquitectura simples depurada por mais de 8 mil milhões de anos de evolução. O problema é que a maior parte do universo não emite radiação na faixa da luz visível, mas na faixa infra-vermelha ou ultra-violeta. A maior parte do que existe não poderá ser visto com os nossos olhos. O olho humano especializou-se naquilo que é realmente importante para chegar vivo ao fim do dia e deixar descendência, naquilo que reflecte luz visível e que ocupa volumetria no campo de visão, tenha quatro ou duas patas , que rasteje, que possa constituir padrão, que permita saber destingir uma mulher idosa de uma adolescente em idade de procriação, um amigo de um inimigo, vermelho de amarelo, escuro de claro e tudo aquilo que é importante saber da realidade que possa decidir entre vida e morte. Mas o universo está-se a borrifar para algo tão insignificante como um ser humano. Sendo assim, a maior parte do que está “lá fora” nós não vamos poder ver com os nossos olhos, nem sentir com qualquer outro dos nossos sentidos. Não vamos poder ver raios cósmicos, nem sentir o calor residual da radiação cósmica de fundo. Se pudéssemos ver na faixa de radiação dos Raios-X, além de podermos ver através das nossas roupas, o que talvez fosse fantástico (ou não), faria com tivéssemos um choque da primeira vez que víssemos o céu nocturno. As noites seriam tão brilhantes e cheias de interesse como os dias. Veríamos galáxias em explosão, faixas de jactos vindos de supernovas cruzando os céus e talvez até outros objectos exóticos que ainda não foram sequer detectados. Apesar de incrível, mesmo o nosso sentido da visão, é em si, muito limitado.

Confiar nos nossos sentidos para saber que alguma coisa existe é complicado e pouco fiável. Mas confiar neles para saber que existimos e estamos aqui é ainda pior.

Depois de adormecer, algo nos acontece: Sonhamos. E muitas vezes tivemos emoções muito mais intensas durante um sonho, ou pesadelo, do que alguma vez tivemos acordados, e no entanto, a realidade durante um sonho é completamente fabricada. O mecanismo dos sonhos está já extensamente estudado; sabe-se que existem várias fases de sono e que os sonhos são despoletados sempre que atingimos o sono REM. Não é um estado de plena consciência, já que uma grande parte do nosso cérebro está desligada. Sentimos medo e outras emoções primárias e ancestrais, temos uma apetência quase incontrolável para o sexo e domínio, para estarmos em grupo ou a seguir alguém, normalmente não sabemos ler e apesar de sabermos que temos um sinal de “STOP” na nossa frente, não conseguimos ler “S-T-O-P”, nem saberíamos o que isso significa. Somos completamente disléxicos e muito burros, andamos sempre de um lado para o outro, fazemos coisas aparentemente sem grande nexo, praticamos sexo de uma forma mecânica, e sobretudo, e aqui é que reside algo verdadeiramente interessante, temos uma total ausência do sentido do “eu” e de nós mesmos. Misteriosamente, a nossa autoconsciência desapareceu. E é apenas por isso, e por isso apenas, que sabemos ao acordar que tudo “não passou de um sonho“.

Os sonhos têm sido alvo de muito estudos desde sempre e de particular atenção por parte da ciência médica, entre outros aspectos, porque eles são a porta para os chamados estados alterados de consciência. A neurologia sempre desconfiou que sabemos que existimos não porque vemos, tocamos ou provamos, mas porque pensamos, porque reflectimos sobre a realidade, e por implicação, temos autoconsciência de estarmos cá. Muitos advogam por exemplo, que caso algum ser humano alguma vez tivesse autoconsciência durante um sonho, para já, acordava, mas mais estranho do que isso, depois de acordar recordaria o sonho, não como um sonho, mas como uma memória de algo que tinha mesmo acontecido e isso poderia ser simplesmente aterrorizante. Poderá o nosso cérebro desligar a nossa autoconsciência como uma medida de segurança? E dessa forma separar convincentemente a realidade da ficção? O trabalho de Sigmund Freud na regressão por exemplo, usando a hipnose e os sonhos como matéria de estudo, permitiu novas luzes sobre os mecanismos do sonho e da memória, e da forma como o nosso cérebro cataloga o real e o imaginário. Algumas drogas psicadélicas induzem nos seres humanos estados alterados de consciência, e portanto, uma deformação sensorial entre realidade e fabricação mental pura. Muitos seres humanos sob efeito do ácido lisérgico, mais conhecido como LSD, descrevem terem visto na sua frente dragões em chamas, e sentido a sua pele arder nas suas chamas, mulheres do tamanho de prédios que os esmagavam entre as nádegas ou simplesmente voar acima das nuvens e tocar no sol. E o que tem isto de especial? É que para eles, por muito que os médicos os tentassem convencer do contrário, aquilo parecia mesmo ter acontecido de uma forma autêntica. O cérebro pode portanto ser enganado ao ponto de gravar uma experiência completamente fabricada e imaginária como real. Este assunto foi abordado também de um perspectiva filosófica, além da puramente científica, e resumida sumariamente na célebre frase de Descartes: “Penso, logo existo”, que ainda hoje é alvo de muita controvérsia.

“Estou cá porque penso sobre o que anda à minha volta e sei quem sou”, parece ser reconfortante pensar nisto, e uma ideia profunda sobre o significado da existência, mas ainda muito insuficiente. Pensemos por exemplo no seguinte texto:

“Sou uma pessoa, sei que sou, vejo o céu de manhã e sinto a luz do sol. No entanto, sou feito de átomos, dentro dum átomo existem electrões a orbitar um núcleo que é milhões de vezes mais pequeno do que o átomo em si, logo, posso concluir que sou essencialmente feito de vácuo. E tudo, é essencialmente…nada.”

O texto acima resume em parte uma grande inquietação da física e um profundo mistério: as fronteiras da existência material e a relação entre matéria e energia com os diferentes estados em que a matéria se pode apresentar, que podem diluir as fronteiras entre a o que entendemos como existência ou não existência. O advento da mecânica quântica e da física das altas energias veio requalificar a nossa definição de “existir”, já que muita da matéria que se diz que existe nunca poderá ser observada directamente por nenhum dispositivo humano. Por várias razões, mas em particular pelo que se chama “Princípio da Incerteza“: é impossível detectar uma partícula num determinado ponto de espaço e tempo.

Se estiver na praia olhando a areia e vir pegadas na minha frente, que posso eu concluir? Andou ali um ser humano, poderá neste momento em que estou no espaço-tempo estar completamente fora do meu alcance, mas posso concluir com alguma segurança que pelo menos já existiu, que esteve ali, naquela praia, e que foi de A para B. Do meu ponto de vista, se me perguntarem sobre a existência ou não das pessoas que caminham na praia, a minha resposta terá de ser só uma:

“As Pessoas da Praia existem, porque vi as suas pegadas, e posso adiantar que esta em particular foi de A para B.”

Nos aceleradores de partículas modernos como o do CERN na Suíça, lidam-se com entidades físicas que são impossíveis de observar directamente, mas que deixam um rasto, uma pegada gravada nos enormes detectores como o ATLAS e o CMS. Os cientistas catalogam os eventos ocorridos nessas maquinas gigantescas e estudam cuidadosamente as características dos rastos que deixam nos detectores. Por isso se sabe que os electrões de facto existem, seja lá o que forem na realidade, e apesar de nunca poderem vir a ser alguma vez observados directamente. As escalas de energia envolvidas no mundo quântico das partículas é tão grande, os seus parâmetros físicos como massa e velocidade são de tal forma extremos, que não pode existir um sistema físico onde se possa criar uma partícula, um quantum de qualquer coisa, que por sua vez possa ser emitido na direcção de um electrão, e retornar qualquer informação sobre a sua posição no espaço-tempo, isto porque o conceito de posição em si é difuso, e mais importante, porque tudo isto implica que o observador interfira e interaja com o sistema, e que por isso na realidade o sistema não está isolado e o observador também faz parte dele. A relação entre observador e sistema e as fronteiras entre os dois é um dos maiores problemas da mecânica quântica.

O modelo quântico é em si mesmo, um modelo, é certo. Mas encerra em si uma concepção física que descreve uma abordagem ao universo que parece indesmentível: tudo pode ser feito de alguma coisa. Ou seja, a realidade pode ser decomposta em constituintes, até se chegar ao seu constituinte fundamental, a que se chama quanta. A interdependência entre espaço (entendido como uma entidade física), matéria e energia levou a física a encarar o universo como um sistema de partículas portadoras, os bosões, e a restante matéria constituída por quarks, electrões e as outras partículas. Várias abordagens estão ainda a florescer como a Teoria das Cordas, em que não existem partículas mas sim estruturas simples semelhantes a cordões, ou a Teoria da Gravitação Quântica em Loop, em que o próprio vazio, ou vácuo, interage e tem uma estrutura intrínseca, sendo por isso completamente independente de referenciais. Estas duas teorias são as duas grandes candidatas a explicar entre outras coisas, de onde vem a Gravidade, o que é a matéria negra e de onde vêm a energia escura. Sabe-se que uma pressão negativa, uma estranha energia do vácuo, está acelerar a expansão do universo. No sentido de abordar a questão das energias do vazio, a ciência tem de recuar até aos primórdios do universo, muito antes de ele ter 1 seg de existência, numa época de temperaturas colossais e pressões imensas, e em que a Gravidade estaria de alguma forma unificada com as restantes forças da natureza, sugerindo uma relação directa, contudo ainda completamente desconhecida, entre a Gravidade e as energias do vazio. Qualquer teoria científica com substrato matemático, entre outras coisas, para abordar convenientemente este tipo de física extrema da criação do próprio universo deverá ter como ponto de partida a mecânica quântica. A questão é que a formulação quântica de um modelo de interpretação da realidade encerra em si vários aspectos que chocam de frente com o nosso senso de realidade e existência. Por exemplo, o conceito de partícula é difuso, já que incorpora o conceito de dualidade onda-partícula. Se emitirmos um electrão na direcção de um alvo numa parede, deveremos esperar que ele atinga o alvo num ponto particular, contudo, a experiência, reflexo directo da realidade, mostra algo perturbadoramente diferente.

Na tentativa de esclarecer qual a configuração, ou representação material das partículas nas escalas quânticas foram realizadas diversas experiências, a mais famosa é a da dupla fenda. Um canhão de electrões disparou sucessivamente electrões na direcção de um alvo com duas fendas estreitas, o que esperar? Bom, os que passassem pelas fendas, quer a da esquerda ou a da direita, atingiriam o detector, colocado atrás, em dois pontos precisos, correlacionados com a posição das duas fendas, isto provocaria um rasto parecido com qualquer coisa como dois traços, à esquerda, e à direita. Mesmo descontando os electrões que fariam ricochete nas próprias paredes interiores das fendas e que por isso seriam projectados para longe, o esperado seria isto: dois traços distintos espaçados proporcionalmente às duas fendas. Mas não. Nada disso foi observado, foi antes observado um padrão característico de linhas conhecido como Imagem da Difração Electrónica: várias linhas paralelas justapostas sem qualquer correlação aparente com as duas fendas colocadas à frente. Mas o estranho até nem é isso. É que caso fosse tapada uma das fendas na frente do alvo, voltaríamos a verificar um traço apenas como esperado inicialmente. Magia?

Uma das possíveis explicações seria a de que os electrões podiam ser partículas e ondas ao mesmo tempo. Em movimento, ou sem estarem a ser observadas isoladamente,  dispersavam-se no espaço, ocupando vários estados no mesmo instante, várias posições no espaço-tempo. Ou seja, os electrões podiam ser um campo em movimento, ou uma excitação desse campo quando isolados. Aliás, o conceito de campo é já de si bizarro, apesar de ser ensinado aos alunos do 1º ano dos cursos de engenharia. Um campo é algo que ultrapassa completamente o nosso senso de realidade e experiência. Significa que uma entidade, uma partícula por exemplo, assume um numero infinito de valores no espaço circundante, e sendo assim, um electrão é uma protuberância, uma excitação localizada no imenso campo de electrões que preenche o universo. Todas as partículas são portanto excitações de vários campos sobrepostos a nível quântico por todo o universo, e nós próprios também somos uma “emanação”, um espectro fantasmagórico de entidades quânticas na fronteira da existência.

Tudo isto é estranhíssimo e rompe radicalmente com a nossa percepção, já que introduz dualidades entre partículas e ondas estendidas pelo vácuo, campos omnipresentes, e possivelmente multi-dimensionais, com um conceito muito difuso do que é a matéria e energia.

Erwin Schrödinger foi um grande físico quântico cuja grande contribuição foi elaborar uma teoria segundo a qual uma partícula não ocupa um determinado estado, mas antes obedece a uma Função de Onda que descreve uma distribuição infinita de estados possíveis para a partícula no espaço e no tempo. Para a Mecânica Quântica funcionar e o universo fazer sentido, toda a matéria, da mais simples à mais complexa, obedece a uma função de onda, que é a soma da função de onda de cada uma das suas partículas elementares, e que por sua vez determina a sua posição num ponto do espaço e do tempo.

Imagine uma caixa com um gato lá dentro. Uma caixa completa e absolutamente hermética, que não pode deixar nenhuma informação emanar do seu interior (um sistema físico completamente isolado). Ligado ao pescoço do gato está um mecanismo tal que mata o gato de forma perfeitamente aleatória consoante se abra a tampa da caixa para olhar lá para dentro. Digamos que o gato tem 50% de hipóteses então de estar vivo ou morto quando abrimos a caixa. Segundo a Física Quântica, dentro da caixa, a sua Função de Onda vai distribuir o gato por todos os estados possíveis de serem observados, visto que a caixa está fechada e nada pode vir de lá de dentro de forma a nos dar qualquer informação. Por implicação somos forçados a concluir que o gato tem de estar vivo e morto dentro da caixa, num estado de sobreposição, e apenas quando olhamos para dentro da caixa é que o veremos morto ou vivo, com uma probabilidade de 50%. Dito de outra forma, o gato existe em vários estados no espaço-tempo, distribuídos de uma forma predeterminada, e a observação força a sua função de onda a colapsar num dos seus estados possíveis. Como pode o gato estar vivo e morto ao mesmo tempo dentro da caixa? A função de onda distribui todos os seus possíveis estados de espaço-tempo em universos paralelos, correlacionados apenas pelo instante causal de um determinado evento, por exemplo, de alguém abrir a caixa e olhar para dentro. A observação determina pois o colapso da sua função de onda num dos estados possíveis do sistema “gato”, determinando por consequência a sua existência.

Esta é definição actual de existência na Física moderna. À medida que o tempo avança, a função de onda vai colapsando num dos infinitos estados possíveis, o que determina a passagem do tempo e o futuro. Daqui nasce uma perspectiva muito profunda do que é existir, que comporta a possibilidade de a realidade ser composta por um número infinito de possibilidades, e mais profundo ainda, que é a observação em si que faz com que um sistema físico, você que está a ler estas linhas por exemplo, possa de facto existir.

O mar, um fim de tarde, um sorriso, uma seara ondulando no vento, tudo isso uma fracção de realidade efémera encerrada numa lógica obscura e predeterminada. Vivemos por isso numa caixa fechada chamada Universo, que se expande rumo ao futuro, e que na realidade é um Multiverso, comportando todos os estados possíveis da sua função de onda.

Haverá alguém para abrir a caixa e olhar para dentro?…

As flores murcham, a fruta apodrece no chão, perto da árvore que um dia perderá todas as suas folhas e acabará seca e morta também, você que lê estas linhas também morrerá um dia, tal como eu e todos os seres humanos, o nosso sol apagar-se-á também lentamente numa gigante vermelha, até eventualmente encolher numa anã branca, fria e triste, suspensa no escuro eterno do espaço. O próprio universo, que até agora se expande acelerando vertiginosamente, arrefecerá inexoravelmente até que subsista apenas uma poeira nuclear, destinada também ela a desaparecer para sempre. Tudo um dia vai ter de acabar. Mas porquê?

É um dos mais perturbadores mistérios da Física, que até agora ilude as mentes mais brilhantes que se têm debruçado sobre o assunto. Parece haver uma espécie de lei universal, a 2º Lei da Termodinâmica, que mais parece uma fatalidade: há medida que o tempo passa, tudo tende para a desagregação, para uma desordem a que corresponde um estado de energia sempre inferior ao anterior. A isto os Físicos deram o nome de “a seta do tempo”, já que se constata que com o passar do tempo, e da expansão do universo, os sistemas naturalmente evoluem para estados de energia sempre com um nível de temperatura inferior. Porque tudo arrefece? Que mecanismo obscuro determina que o universo imponha a toda a matéria este estranho destino? Desde há muito que os Físicos observam o comportamento dos gases, em particular os sistemas físicos distribuídos no vácuo, e observam sempre o mesmo comportamento: o sistema lentamente, mas inexoravelmente, evolui para um estado mínimo de temperatura, desagregando a sua estrutura e desordenando-se espontaneamente.

As sondas como o WMAP ou a Plank, confirmaram várias suspeitas antigas acerca da evolução da temperatura do Universo desde a sua criação. Adivinhem…tem estado a arrefecer. Vivemos num sítio de temperaturas amenas, o planeta terra, mas lá fora está um frio de rachar: para lá da órbita terrestre ronda uma temperatura de cerca 2.7 K, e parece certo que baixará um dia até perto do zero absoluto, e nessa altura algo de muito desolador e estranho acontecerá. Para um sistema produzir trabalho, por exemplo um organismo vivo, tem forçosamente de transitar temperatura para um valor mais baixo; isto aliás é o princípio do motor térmico: da diferença de temperatura entre as partículas à entrada do sistema, com a temperatura à saída, extrai-se força por unidade de tempo, ou seja, trabalho. Tudo na natureza produz calor e energia desta forma, elevando o sistema até um estado de energia superior, deixando depois que o universo traga de novo o sistema ao equilíbrio, ou seja, ao seu estado de energia mínimo. O nosso carro queima gasolina, elevando a temperatura nos pistões, o universo reage transferindo energia (e temperatura) para o êmbolo, pondo o carro em marcha. Comemos uma maçã que possui ligações covalentes electrónicas de carbono de elevada ordem; o nosso fígado e células, quebrando essas ligações, elevam a temperatura do sistema, forçando depois o universo a transferir esse calor para os nossos tecidos, produzindo energia para andarmos, respirarmos e nos aquecermos. Mas é assim por todo lado, tudo respeita o mesmo padrão, tudo sem excepção, mas o porquê de assim ser ninguém sabe, simplesmente se sabe que é. Se um dia num futuro muito distante o universo atingir o zero absoluto (abaixo dos -270 graus centígrados), um valor teórico que não se sabe se alguma vez poderá ser atingido, então todas as trocas energéticas terão de parar, e os sistemas deixarão de poder produzir energia útil. O Universo terá enfim atingido o seu estado de perpétuo equilíbrio, o seu estado de desagregação máxima e energia mínima. Um ser humano mesmo para pensar, precisa de produzir trabalho, porque o nosso cérebro consome energia para fazer fluir os minúsculos impulsos eléctricos que permitem a consciência e a inteligência. Depois do zero absoluto é o fim da inteligência, da imaginação, da criação e do amor.

O verdadeiro fim.

Os físicos chamam a isto a Lei da Entropia: No universo, não se sabe porquê, mas tudo, mas mesmo tudo, tende para a desordem. Pensa-se que, de uma maneira que ainda não se compreende, isso terá uma relação com o próprio tempo, e uma conexão ainda mais obscura e misteriosa com a gravidade. No passado longínquo do início do tempo, na época do Big Bang, o Universo estaria num estado de simetria absoluta, mas extremamente instável, que se quebrou espontaneamente, expandindo o espaço e o tempo. A força da gravidade desde então contraria essa expansão, atuando como uma pressão no vácuo que tende a agregar a matéria, permitindo estruturas mais complexas, de temperatura mais elevada, como as estrelas e buracos negros. A gravidade não pode portanto, literalmente, ser deste Universo, porque actua como uma estranha força exógena ao sistema, não entrópica, que permite complexidade e estruturação. Num sentido profundo que perturba desde há muito os físicos, a gravidade parece ser a única explicação para a existência das estrelas, dos planetas e em última análise da vida e de nós mesmos. Mas porquê? De onde vêm então a gravidade? Teorias de grande complexidade como a Teoria das Cordas ou a Gravitação Quântica em Loop propõem-se desvendar este profundo mistério, unificando a gravidade com as outras três forças fundamentais: Força Forte, Fraca e Eletromagnética, Mas este já de si profundo enigma esconde outros ainda mais insondáveis. O que levou por exemplo o Universo aquele estado inicial de grande simetria e temperatura quase infinita? E que processo físico governa verdadeiramente a expansão do universo e a passagem do tempo? Seja lá o que for, está a escoar a energia inicial do Cosmos, transferindo-a para o vácuo e desagregando a matéria no universo. O próprio conceito de tempo está relacionado com a diminuição da temperatura, e o tempo passa como passa porque o universo se expande e a entropia aumenta gradualmente. Não existe propriamente nenhuma razão plausível para isto ser assim e não ser de outra forma. Toda a física actual, pelo menos no seu presente estado de desenvolvimento, permite um universo em que os sistemas não aumentem espontaneamente a sua entropia, ou em que a confusão aumente exponencialmente com a expansão do espaço. Simplesmente se observa que acontece sempre assim.

Se voçê que lê estas linhas se meter numa câmara perfeitamente hermética, completamente isolada do espaço exterior e por exemplo suspender as suas funções vitais, acredite, mesmo assim, vai acabar por morrer e apodrecer. Não porque algum processo reactivo do seu corpo com a câmara por exemplo assim o determine, ou porque alguma química estranha o corroa de dentro, mas porque o próprio espaço, o próprio vácuo onde o universo se expande, e por isso você também, o vai eventualmente arrefecer de tal forma que a matéria que o compõe se começará a desagregar. A sua temperatura retornará ao vácuo e o seu corpo irá se decompor numa fina poeira confusa, inerte e fria. É o próprio Universo que o vai matar. Quer ver a 2ª lei da termodinâmica a funcionar? Pare. Sente-se numa cadeira sem dizer uma palavra ou fazer um gesto. E deixe o tempo passar. À sua volta vai ver a roupa a ficar desarrumada, o pó se depositar nas frinchas das portas e sobre os móveis, as plantas murcharem, o metal das suas joias enferrujar, as janelas ficarem mais baças, novos cabelos brancos nascerem na sua nuca, os dias passarem e o mundo apodrecer lentamente. Quase sem perceber irá testemunhar o princípio cósmico obscuro do aumento da entropia em primeira mão. Com o tempo, a confusão e a desordem do seu mundo irão aumentar.

Daqui a biliões de biliões, de biliões, de biliões de anos o universo terá se expandido tanto e de tal forma que atingirá o zero absoluto. Toda a transformação de energia cessará por completo. Nada será possível nessa era longínqua. Absolutamente nada. A segunda lei da termodinâmica confronta os físicos com o mais arrepiante dos conceitos: o nada. O que é não ser? O que é o fim absoluto da existência e o fim do tempo? Fará esta pergunta sequer algum sentido?

Porque tudo começa e um dia tem de acabar, poderá ser uma das últimas questões com que a civilização humana poderá ser confrontada, antes de explicar tudo.

E talvez sim, nessa altura, teremos chegado verdadeiramente… ao fim.

Se atirar uma pedra ao ar, ela cai. Se colocar duas pedras em pleno espaço, para lá da órbita terrestre e as deixar sozinhas, com o tempo começarão a espiralar sobre elas próprias até por fim se juntarem inexoravelmente. Matéria atrai matéria, sempre, em qualquer lado.

Mas ninguém sabe bem porquê… nem como.

Segundo as Leis de Newton, existe uma Força, a Força da Gravidade, que actua na razão inversa do quadrado da distância entre dois objectos.

Newton não fez propriamente nenhuma previsão, não descobriu nada, as suas Leis da Natureza foram em grande parte inferidas e não deduzidas, tratou de observar cuidadosamente a natureza e fazer as perguntas certas; Porque as coisas caem sempre da mesma forma? Porque boiam na água? Porque a Lua não cai na terra? Para traduzir depois as suas conclusões, recorreu a uma matemática completamente inovadora para o seu tempo, o cálculo diferencial e integral, que teve de inventar pelo caminho.

Mas o seu conjunto de leis poderiam ser, na melhor das hipóteses, uma aproximação, já que não conseguiam explicar alguns fenómenos, como por exemplo a órbita do planeta Mercúrio, as Forças de Inércia no universo, além de terem o grave problema de insinuarem que a Força da Gravidade é instantânea (o que é impossível, porque nada pode ultrapassar a velocidade da luz, que é finita). A Gravidade não tem a ver propriamente com as massas dos corpos, nem com as distâncias entre eles, mas antes com algo muito mais subtil e intrínseco ao próprio Universo, relacionado com o tecido do próprio Cosmos. Para termos alguma luz sobre isto teriam de passar mais de dois séculos.

A revolução da Relatividade Geral começou em 1915, quando Einstein explicou ao mundo que o espaço e o tempo formam uma estrutura, e que a matéria do Cosmos interage sobre essa toalha invisível, a que chamamos espaço-tempo, deformando-o, dobrando-o, e contorcendo-o em volta dos objectos e das coisas, criando vales extradimensionais na geometria do espaço que seriam a pegada invisível da Força da Gravidade. Tal como uma bola de bolling encima de um colchão o deforma numa cova, também a matéria no nosso universo altera o tecido do espaço-tempo, encurvando a trajectória dos objectos em movimento, tal como um berlinde que passasse perto da bola de bolling, desviando-o para longe, ou aprisionando-a para sempre. Einstein explicou a Gravidade como uma característica topológica do nosso universo, uma interacção entre espaço, tempo e matéria que revolucionou a Física para sempre. E ao contrário de Newton, Einstein fez previsões.

A Matéria deforma o espaço. A Matéria deforma o espaço.

Como a própria luz se propaga através do espaço, que aconteceria se ele fosse curvado? Imaginem que a luz era como um comboio a grande velocidade em linha recta, que aconteceria se os carris se encurvassem? Ou dito de outra forma, sabendo que a luz se move no vácuo, no espaço, se este curvar ou for deformado em alguma coisa, não deveria a trajectória da luz o ser também? Devia, e na verdade o chamado “Efeito de Lente Gravítica“, foi observado diversas vezes por vários Astrónomos, quando na lente dos seus telescópios apareceram imagens quadruplicadas da mesma galáxia, a distorção provocada na sua luz pelo tecido encurvado do Cosmos.

Daqui a mais ou menos 2,8 biliões de anos, haverá um último dia perfeito na Terra. Quando o combustível de hidrogénio do Sol se começar a esgotar, começará a fundir elementos mais pesados para continuar a brilhar, do hélio ao carbono, fazendo com que inche numa bolha vermelha gigantesca, uma Gigante Vermelha, altura em que provavelmente engolirá o nosso próprio planeta. O equilíbrio delicado entre o peso das camadas exteriores deste gigante inchado e a fornalha nuclear do seu núcleo, apagando-se lentamente, irá ser quebrada e provavelmente as suas camadas exteriores serão injectadas para o espaço exterior, enquanto o seu núcleo continuará a fundir carbono até este eventualmente se esgotar também. O sol então arrefecerá lentamente até se tornar num núcleo ultra-compactado, um diamante do tamanho do planeta Terra.

Mas o nosso sol é uma estrela bastante modesta, se tivesse apenas 4 ou 5 vezes a sua massa actual algo ainda mais estranho aconteceria. Com um núcleo ainda mais massivo, a estrela continuaria a se contrair sobre si própria, e eventualmente os átomos de hélio e hidrogénio ficariam tão próximos que os electrões seriam arrancados das suas órbitas e os protões e neutrões mesclados numa sopa nuclear de densidade inimaginável. Por fim, o colapso seria parado pelas forças nucleares que prendem neutrões com protões e a estrela morreria assim, como uma grotesca estrela de neutrões, fria e triste, abandonada no negro escuro do espaço para o resto da Eternidade. Algumas destas estrelas ficam a girar sobre si próprias como piões e transformam-se em Pulsares. Se a massa do Sol fosse ainda maior, cerca de 10 vezes maior, logo que o hidrogénio acabasse, nada nesta vida poderia suster a estrela de desabar sobre si própria. Uma onda de choque de proporções indescritíveis seria gerada pela reacção das forças nucleares centrais da estrela , destruindo as suas camadas exteriores e expandindo-se a 3% da velocidade da luz. Nessa cenário, o Sol haveria se transformado numa Supernova, cujo brilho pode facilmente suplantar o de uma Galáxia inteira.

Mas nenhum deste cenários se aproxima do que aconteceria se a massa do Sol fosse 100 vezes maior.

Há um limite para lá do qual não existe nada, nenhuma força, nenhuma partícula, nenhum processo Físico ou interação conhecido ou sequer imaginado que possa parar uma estrela supermassiva de se contrair, nem as forças nucleares de um núcleo de quarks poderiam suster a gravidade de continuar a encolher a estrela…para sempre. Depois de acabado o seu combustível nuclear, uma estrela destas começaria a desabar sobre si própria, lenta e inexoravelmente. Mesmo depois da matéria ser compactada em densidades inimagináveis, num caldo fantasmagórico de quarks, esta forma estranha de matéria continuaria a se contrair, mais e mais, indefinidamente. E é aqui que a Física acaba. Como a gravidade é inversamente proporcional ao raio do objecto na razão da sua massa, ou densidade de matéria, significa que a valor da curvatura do espaço-tempo em redor deste objecto se aproximaria do infinito, ou por outras palavras, que a sua atracção gravítica tenderia para um valor infinitamente grande. Como a luz se propaga no vácuo, no próprio tecido do cosmos, seria encurvada de tal forma, que não mais poderia escapar, ficando aprisionada naquele abismo gravitacional para sempre, fazendo com que a estrela desaparecesse do nosso Universo, literalmente, transformando-se num Buraco Negro.

Cygnus X-1: a estrela brilhante no centro da imagem acima orbita um buraco negro supermassivo.

Num Buraco Negro, a nossa Física colapsa, as equações deixam de fazer sentido, e as suas soluções tendem para infinito ou são incoerentes. Não existe nenhum modelo matemático ou conceptual para abordar a Física extrema dos Buracos Negros, tanto quanto sabemos é uma das fronteiras da nossa ciência. E isto porque, apesar de todas as tentativas feitas até hoje por toda uma geração de mentes brilhantes, ainda não se conseguiu modelizar a interação gravítica ao nível quântico, ou seja, explicar a gravidade num ambiente extremo como um objecto em contração infinita, ou na gama das energias quânticas. A Relatividade Geral explica as interações gravíticas em grande escala de uma maneira elegante e bela, a gravidade no infinitamente grande, mas não no mundo estranho e evocativo do infinitamente pequeno, onde tudo falha. Que se passa?

Einstein lutou até ao fim dos seus dias por esta Teoria Unificada do Campo, ou GUT (Great Unified Theory), pretendendo unificar o campo gravítico com o electro-fraco (forças de decaimento nuclear), o electro-forte (as forças que mantêm os quarks nos protões e neutrões), e com o campo electromagnético (luz e magnetismo), mas sem sucesso, Muitas das mentes mais brilhantes que o mundo jamais conheceu, como Stephen Hawking, Roger Penrose, Alan Guth e outros, perseguem ainda este objectivo, mas algo continua a lhes escapar. Algo de certeza muito estranho e provavelmente completamente fora da nossa experiência.

Num Buraco Negro, a matéria é comprimida até densidades inimagináveis, a temperaturas altíssimas. Houve no entanto um outro fenômeno na história do universo muito semelhante a este, onde aconteceu algo de muito parecido: no instante do seu nascimento. Há 13,8 biliões de anos, o universo era semelhante a um Buraco Negro. A temperatura rondaria um valor acima dos 10^{28}Kelvin e o tecido do cosmos estaria encurvado num vácuo supersimétrico. Os Físicos sabem que a essa gama de temperaturas, todas as forças da natureza estariam unificadas numa única interacção fundamental, que de uma forma ainda não compreendida colocou o universo em movimento no instante t=0 s, quebrando a sua simetria e desacoplando a gravidade das outras forças. O tecido do vácuo era o domínio das obscuras energias do vazio, onde flutuações quânticas faziam surgir partículas vindas de outras dimensões, em escalas de tempo que fundiam antes com depois. Seja lá o que for que lá estava, interagia com a gravidade, ou num sentido que ainda não compreendemos, “seria” a Gravidade em si.

Era necessário uma nova abordagem, um caminho radicalmemte novo, e em consequência, uma nova teoria foi florescendo desde 1964, a Teoria das Cordas, propondo a existência de objectos dimensionais, no mínimo com o comprimento de Planck, chamados de Cordas. Neste modelo, as forças da natureza seriam apenas interacções dessas cordas fundamentais vibrando a frequências diferentes, cada uma dessas frequências correspondendo a uma partícula conhecida, unificando desta forma todas as forças da natureza, incluindo a misteriosa força da Gravidade numa única teoria coerente de tudo. Faltava agora fazer as contas.

A Teoria das Cordas foi-se revelando contudo ela própria uma espécie de buraco negro. A matemática usada é muito complexa, quase indecifrável, e as conclusões a que os Físicos das Cordas foram chegando com o passar dos anos são simplesmente bizarras. Falam que o nosso universo na realidade não tem 3 dimensões mas 11, que é povoado por cordas cósmicas com anos luz de comprimento e por Branas multidimensionais que chocam umas com as outras originando fenómenos que sentiríamos como forças ou interacções no nosso universo. A teoria M, um edifício matemático obscuro criado por Edward Witten a partir da segunda revolução das cordas em 1995, funde várias sub-teorias (ou “paisagens” como lhe gostam de chamar) numa só visão que diz poder vir a incorporar o campo gravítico como uma perturbação originada em membranas (Branas) fluindo nas 7 dimensões adicionais para elém das 3 do espaço e 1 do tempo. Os Físicos das Cordas acreditam que a Gravidade não é deste mundo, literalmente, mas sim uma perturbação, uma confluência de objectos extradimensionais, uma mão invisível vinda de outra dimensão. Ao nível quântico, dizem, nada é o que parece, e da mesma forma que um poste de electricidade nos parece perfeitamente unidimensional à distância, mas que de perto nos revela a formiguinha passeando sobre a sua superfície cilíndrica, também no mundo quântico perto da escala de Planck, 7 dimensões adicionais do espaço-tempo estão lá encurvadas. A essa escala de energias, a unificação é total e os gravitões seriam a única interacção possível, originados pela confluência de Branas de dimensões superiores. A energia desses objectos, recortada nas nossas 3 dimensões formaria uma corda elementar, o gravitão, que se libertaria no nosso universo sob a forma de uma onda gravitacional.

Por enquanto temos de pura e simplesmente acreditar no que os Físicos das Cordas nos dizem porque não há forma de testar em laboratório as suas conclusões. O mais poderoso dos nossos aceleradores de partículas, actualmente em funcionamento perto de Berna na Suíça, consegue realizar experiências em gamas de energia na ordem dos 10^{10} Kelvin, muito longe, por um factor de biliões, das energias necessárias para aceder ao nível quântico das Cordas. Muitos Físicos estão cépticos em relação à Teoria das Cordas e à Teoria M. A teoria está ficar cada vez mais complexa e em certos aspectos a divergir em vez de convergir para alguma coisa. Não faz realmente nenhuma previsão e dá a sensação que quer forçar a realidade a encaixar nas equações e não o contrário. A matemática envolvida não está de forma alguma ao alcance de todos, mesmo para quem já é um Físico de Partículas, e é necessário um intelecto muito acima do normal para sequer ser capaz de interpretar uma solução de uma qualquer equação da Teoria das Supercordas. É tudo muito estranho e obscuro. Sim, claro, cordas extradimensioanis e dimensões encurvadas, porque não duendes verdes a puxar manivelas? Muitos Físicos, como Lee Smolin, autor do besteseller internacional “The Trouble With Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next”, começam lentamente a ter impressão que provavelmente a Teoria das Cordas nunca chagará a nenhuma solução coerente, e outras abordagens começaram surgir, como a Gravidade Quântica em Loop, onde as equações são formuladas independentes do fundo, ou seja, sem referenciais fixos de nenhuma natureza, pelo que se tornam um pouco mais simples, se bem que necessitando de muito mais poder de cálculo; de poderosos computadores que apenas agora estão disponíveis em pleno século 21.

Outros no entanto continuam a acreditar que a Teoria M é a melhor candidata a unificar o campo gravítico com a o campo electro-fraco numa única teoria corente de tudo. Mas cresce a a impressão miudinha que talvez seja necessária uma outra abordagem. Algo continua a escapar, algo tão fundamental, tão intrínseco e basilar que pura e simplesmente nunca foi detectado. Por exemplo, muitos físicos interrogam-se sobre o facto curioso da Força da Gravidade ser tão fraca. Poderá ser um reflexo de uma outra interação desconhecida? Depois das sondas WMAP e Planck terem fotografado a radiação cósmica de fundo , foi descoberto que o universo é constituído por cerca de 77% de energia e matéria escura. De onde vem essa energia escura? Será essa energia escura a energia do vácuo? Sabe-se que terá uma relação com o campo gravítico, mas de que forma? Será a Gravidade o resultado da interação com essa energia escura?

Ninguém sabe.

A Força da Gravidade é um dos maiores enigmas da Física e uma das actuais fronteiras do nosso conhecimento. Ela confronta-nos com escalas de energia muito para além do que podemos sequer imaginar, e faz-nos recuar ao instante t=0 s do nosso universo, quando tudo começou. Muitos Físicos acreditam que o estudo e a compreensão do campo gravítico a da Gravidade Quântica, nos fará recuar não só até ao instante do Big Bang, mas até ao que estava lá antes. Novas experiências, como a Detecção de Ondas Gravitacioanis por Interferometria Laser (LIGO) , permitirão medir pela primeira vez ondas gravitacionais, que por sua vez nos poderão fornecer dados cruciais para desvendar um pouco mais este profundo e perturbador mistério.

Encima: na fronteira actual do conhecimento - a experiência LIGO.

Certa vez fui ver um bailado no Rivoli, aqui no Porto. Fiquei deslumbrado com a beleza de uma das bailarinas e com a forma como se contorcia e movia pelo palco, desenhando formas de uma graciosidade extraordinária. Lembro-me que quase pairava no ar, vencendo a Gravidade por breves milissegundos, rodopiando como as galáxias o fazem também, no seu próprio bailado particular. Pensei como aquela mulher de corpo delgado e frágil controlava daquela forma tão bela a mais misteriosa e obscura força do universo. E como naquela noite a gravidade foi vencida de uma maneira tentadoramente profética.

Seja lá o que a Gravidade for, está muito para além do que conseguimos ver e medir no nosso universo observável. Num sentido profundo ela é o testemunho evocativo de uma entidade desconhecida que podemos identificar como a própria face de Deus.

O princípio e a causa do movimento inicial, da quebra da simetria perfeita do ovo cósmico. O Tau Zero, o princípio de tudo e talvez próprio fim da aventura humana do conhecimento.

Já alguma vez estiveram na beira de uma estrada simplesmente a deixar passar o tempo? Minutos lentos vendo o frenesim do tráfico como sangue escorrendo pelas veias da cidade? Se sim, há uma coisa que todos recordamos: o som, o bulício histérico do tráfego fervilhante, aquele som de fundo estridente dos carros passando a grande velocidade, rumo ao seu destino. O som como um guinchar agudo que vai aumentando de tom para depois se tornar grave e abafado, até se deixar de ouvir. A maior parte de nós já o ouviu pelo menos uma vez na vida, talvez num daqueles dias no apeadeiro do comboio, que passou a grande velocidade, e aquele som, acontecendo da mesma forma e padrão: aumentando e ficando mais agudo quando se aproxima para depois se modular num som grave e abafado até desaparecer. Sempre a mesma coisa, da mesma forma.

Isto acontece porque se trata de um facto da natureza e do universo, chamado Efeito Doppler. Uma onda de som emitida por um objecto em movimento que se aproxima do receptor é comprimida na direcção do movimento, e esticada quando o objecto se afasta dele. Ondas de som comprimidas diminuem o seu comprimento de onda, tornando-se mais consecutivas, aumentando a sua frequência, se por outro lado forem esticadas, o comprimento de onda aumenta, diminuindo a sua frequência. E como nos soam ondas de som de alta frequência? Agudas, ou de High Pitch como se diz na engenharia de som, e ondas de som de baixa frequência soam graves, ou em Low Pitch. Por isso, sempre que qualquer objecto se aproxima de nós emitindo som, ouviremos sempre aquele padrão característico, o “píííííííóóóóóó” do Efeito Doppler sobre as ondas .

Acontece que o Efeito Doppler é uma lei da natureza e aplica-se na verdade a qualquer tipo de onda, seja ela de som ou electromagnética. A própria luz, que é transmitida por partículas sem massa chamadas fotões tem também carácter ondulatório e pode ser entendida como uma onda electromagnética propagando-se no vácuo, a cerca de 300000 kms^{-1}, a velocidade da luz. E também as ondas de luz são comprimidas na direção do movimento quando o objecto que as emite se aproxima de um observador, e distendidas quando se afasta. Uma onda de luz de alta frequência, dentro do espectro da luz visível, irá parecer azulada (Blue Shifted) quando se aproxima de nós, e de baixa frequência, avermelhada (Red Shifted), quando se afasta. Na verdade, ondas de luz, de rádio, micro-ondas ou Raios-X, são tudo várias faces do mesmo fenômeno: ondas electromagnéticas, fotões em trânsito defronte dos nossos olhos, à velocidade da luz. A razão porque o nosso filho ou sobrinho não nos parece azulado quando corre para os nossos braços no seu dia de anos, ou no Natal na altura da prenda, é simplesmente porque a velocidade da luz é inimaginavelmente mais rápida que ele, e a sua imagem nítida nos atingirá muito antes de notarmos qualquer perturbação no Pitch da sua frequência de luz. Mas ela está lá, simplesmente não a conseguimos ver.

Se imaginássemos um mundo de luz lenta, em que a velocidade da luz seria, por exemplo, 100 kmh^{-1}, o efeito Doppler seria notório, fazendo daquele fim de tarde sobre a auto-estrada algo completamente diferente e provavelmente inolvidável; um espetáculo de luz de cortar a respiração, com os carros a mudarem do azul ao vermelho e vice-versa, um testemunho cósmico sobre a natureza da luz. Mas existe na natureza um sítio onde os objetos se deslocam a velocidades inimagináveis comparáveis à velocidade da luz. Objetos tão distantes e tão grandes que nos parecem suspensos na imensidão do nada. Esses objetos chamam-se Galáxias e quanto ao sítio, basta olhar para cima: chama-se Universo.

Edwin Hubble, um astrônomo estadunidense, passou vários anos da sua vida registando em placas fotográficas a luz proveniente de galáxias distantes, decompondo o seu espectro de luz, efetuando a espectroscopia do universo observável a partir do seu telescópio no monte Wilson, perto de Los Angeles. Quando comparou as pequenas placas com espectro de luz de centenas de galáxias percebeu algo verdadeiramente assombroso: todas elas, sem excepção, fosse qual fosse a sua origem no cosmos, tinham o seu espectro deslocado para a gama de baixas frequências, ou seja, Red-Shifted. Todas as Galáxias, as suas estrelas, possivelmente as nebulosas e todos os objetos no universo se estavam a afastar de nós. Hubble calculou a seguir as suas velocidades de escape e o seu rosto deve ter ficado da cor da cal quando pousou a caneta e olhou os seus cálculos. O que ele descobriu mudaria a física, o mundo e a humanidade para sempre.

Quanto mais longe estavam as Galáxias, mais depressa se afastavam. O Universo está em expansão.

E se as galáxias, as nebulosas, os misteriosos quasares, e tudo o que podemos observar se está a afastar de nós, e sendo óbvio que a terra não é o centro do universo (disso podemos estar certos), implica que algures no passado, tudo isto, o nosso planeta, todas as estrelas, poeira, planetas e matéria de que são feitos, e mais aquilo que ainda não vemos, conhecemos ou medimos, tudo isso estaria concentrado num único ponto. O princípio do tempo e do espaço.

O trabalho de Hubble, conjuntamente com o de Fred Hoyle, Albert Gamow e muitos outros abriu caminho à Teoria do Big Bang. Aliás, o termo não é muito feliz, porque o Big Bang a ter existido, não foi Big, nem houve nenhum Bang. Os físicos a este respeito gostam de falar em expansão sem limite nem centro. De que raio estão eles a falar?

Imaginem um mundo em que existem não três dimensões, mas sim duas. Vou-lhe chamar a Planilândia (como citada por Carl Sagan na sua obra prima “Cosmos”, a propósito do texto de Edwin Abott). Nesse mundo plano, habitam seres planos, que vivem nas suas cidades planas, vivendo as suas vidas achatadas. Mas um desses habitantes planos era alguém completamente fora do normal, um físico louco e aventureiro que decide um dia, imaginem, explorar o seu universo. Imaginando que o nosso físico louco teria uma nave plana suficientemente avançada para sequer sonhar em chegar ao fim do planiverso, e que o planiverso seria infinitamente mais pequeno que o nosso universo, que lhe aconteceria durante a sua viajem, se, imaginemos, o seu universo plano não fosse na realidade plano, mas encurvado numa misteriosa dimensão física superior, completamente desconhecida da planilândia e do nosso intrépido explorador: a chamada Terceira Dimensão? Lembrem-se que do seu ponto de vista, sendo um ser plano, a terceira dimensão está completamente fora da sua experiência ou alcance, já que ele e todos os seus amigos estão presos no seu planiverso a duas dimensões, só se pode andar em frente, para a esquerda, direita e para trás, ninguém faz ideia onde é “encima” e “embaixo”, nem essas palavras existem ou fazem sequer sentido. A misteriosa terceira dimensão é uma coisa dos filmes sci-fi e dos matemáticos, gente estranha que ninguém ouve, felizmente. Os anos passam e passam… e a viajem do nosso explorador achatado está perto do fim. Algures num longínquo futuro, ele desceria da sua nave para verificar, horrorizado, que apesar de ter feito a viajem sempre “em frente”, sem nunca ter mudado de direção, voltou misteriosamente ao mesmo sítio de onde partiu. Que se passou? Como era isto possível?

Só havia uma conclusão a tirar, que provavelmente seria dada por um físico louco da Planilândia: O planiverso provavelmente não era a duas dimensões, mas encurvado numa terceira dimensão física. Sob o seu ponto de vista, o nosso viajante fez uma viajem rumo ao desconhecido sempre na mesma direção, sem saber que na realidade circum-navegava a superfície tridimensional do planiverso até um dia voltar ao exato ponto de onde saiu. Desde há muito que os físicos da planilândia falavam de um universo em expansão sem centro, inacessível no “interior” da sua superfície hiper-dimensional, mas como sempre, ninguém quer saber dos físicos. E o planiverso está em expansão, já que as estrelas planas, e os seus mundos planos se afastavam entre si, qualquer fosse a direção de onde se medisse, sugerindo que o espaço se estava a estender com o tempo, expandindo-se e insuflando a partir de dentro, como num balão tridimensional gigantesco mas finito.

Acrescentem a toda esta história uma dimensão adicional e têm algo que se nos poderá aplicar.

Na perspectiva da ciência atual o nosso universo será algo como uma superfície quadridimensional, ou de mais dimensões superiores, não sabemos, expandindo-se rapidamente a partir do seu centro, completamente inacessível num passado distante, algures na 4ª dimensão. O que percepcionamos como passagem do tempo, talvez seja apenas um reflexo dessa misteriosa dimensão adicional no nosso mundo limitado a três dimensões, não se sabe ao certo. O desvio para o vermelho das galáxias é a prova de que o universo está a insuflar, criando mais espaço entre o espaço, e por isso, quando olhamos em volta, em qualquer das nossas quatro direções, vemos que tudo se afasta de nós a grande velocidade como se nós fossemos o centro do universo, sem o sermos. Uma boa analogia é a imagem dum balão hiper-dimensional a encher, em que as galáxias, estrelas, planetas e nós mesmos, são apenas pontos afastando-se entre si na sua superfície tridimensional. Por isso, o nosso universo é infinito e sem centro. E o Big Bang não foi “Big”, porque tudo começou numa singularidade infinitesimal, de densidade e temperatura infinitas, algures num passado distante, e muito menos houve algum “Bang”, já que não foi a matéria das estrelas que subitamente irrompeu de algum ovo cósmico primordial, mas sim a matéria e o próprio espaço que se começou a expandir em todas as direções.

Não há nada que possamos alguma vez compreender que esteja fora da nossa superfície tridimensional, nem antes do Big Bang. Tudo isso faz parte de outras dimensões do espaço-tempo que nos são completamente inacessíveis. Mas como a velocidade da luz é finita, olhar as estrelas no céu é olhar para trás no tempo. Quando vê-mos uma estrela a 50000 anos-luz de distância, na realidade estamos a vê-la como “era” há 50000 anos atrás. Aliás, tudo o que vemos à nossa volta é passado e já aconteceu. Um sorriso, a praia no fim de tarde, o pássaro sobre o céu azul, tudo isso é passado, tudo isso está talvez na quarta dimensão, algures lá atrás, num espaço-tempo que já aconteceu antes da sua luz chegar até nós.

Se olharmos suficientemente longe no espaço e no tempo, poderemos ver o Big Bang e tirar-lhe um fotografia?

As sondas COBE, WMAP e Planck foram lançadas com a missão de olhar o mais longe possível no espaço e no tempo, na tentativa de medir a radiação cósmica de fundo, a mais antiga luz que poderá alguma vez ter existido. O que encontraram foi um rasto já muito destorcido pelo tempo e pela distância, na zona de espectro das micro-ondas. Uma luz invisível transformada numa radiação de micro-ondas, um calor residual que permeia todo o universo com o valor aproximado de 3 Kelvin. Ainda hoje o podemos captar no rádio do nosso carro, o ruído de fundo entre emissoras é a sua assinatura. O eco distante da criação.

Para além do RedShift das galáxias e da radiação cósmica de fundo, o Big Bang foi sendo corroborado por inúmeras descobertas nos últimos 50 anos no campo da física experimental, por isso a maior parte dos cientistas acredita ser de longe o melhor modelo para a criação do nosso universo de que dispomos até ao momento. A descoberta e medição da radiação cósmica de fundo, permitiu calcular a idade do universo em cerca de 13,8 biliões de anos, mais coisa menos coisa, bem como flutuações nessa temperatura que sugerem diferenças mínimas na densidade de matéria na época em que essa luz terá sido emitida há vários biliões de anos atrás. Essas pequenas flutuações de densidade são a chave para explicar de onde vieram as estrelas, as galáxias, e nós próprios. O Modelo do Big Bang contudo, não nos leva além da época da radiação cósmica de fundo, antes disso, outro tipo de física foi necessária inventar de forma completar o modelo. Antes de t=380000 anos, o universo seria algo de muito estranho que escapa completamente à mais delirante das imaginações. O domínio enigmático e evocativo da supersimetria, da inflação cósmica e da física quântica.

Tudo terá começado com uma singularidade, um vácuo simples e simétrico, sem forma, super denso e quente, num tempo sem tempo há cerca de 13,8 biliões de anos, na chamada Era de Planck. Quando a simetria do vácuo se quebrou e a força da gravidade se terá separado da unificação das quatro forças da natureza, o universo entrou em movimento expandindo o espaço e o tempo. Nos primeiros [latex]10^{-44}[/latex] s desta história, nada poderia ter existido que conheçamos ou possamos medir, é um lugar de sonhos e especulações. O vácuo seria um lugar turbulento, onde partículas estranhas, entre elas o hipotético gravitão, surgiam e desapareciam vindas de outras dimensões ou universos, flutuações quânticas em gamas de energia inimagináveis. Na tentativa de resolver alguns problemas do modelo relacionados com a forma do universo e a sua isotropia térmica, foi proposto que o universo terá sofrido por volta dos [latex]10^{-35}[/latex] s uma transição de fase do vácuo que provocou uma expansão catastrófica a velocidades próximas da velocidade da luz, ou mesmo superiores, conhecida como Inflação Cósmica. Entre os  [latex]10^{-10}[/latex] s e o primeiro segundo a radiação libertada no final da inflação foi convertida nas partículas elementares, de uma forma que compreendemos apenas parcialmente. Logo a seguir, as tremendas pressões do universo híper-denso uniu os quarks e gluões dando origem aos bariões e hadrões, a que se seguiram os protões e neutrões e os primeiros núcleos atômicos. Depois disso, os electrões foram capturados pelos núcleos formando o Hidrogênio, o Hélio e possivelmente o Lítio, os primeiros elementos. Quando o universo arrefeceu até aos 3 Kelvin, 380000 anos depois do seu início, os fotões desacoplaram-se da matéria densa que permeava o espaço-tempo e o cosmos ficou transparente. Essa luz fantasmagórica viajou dezenas de milhões de anos no tempo e no espaço até à antena do WMAP, e finalmente então, podemos tirar a nossa fotografia.

Durante a era da Inflação, surgiram pequenas flutuações na distribuição de densidade de matéria que foram  sendo amplificadas com o passar do tempo e da expansão até ao ponto de serem tão grandes que a gravidade as terá feito colapsar, originando as primeiras estrelas e posteriormente, as primeiras galáxias. As primeiras estrelas teriam sido gigantescas, do tamanho do nosso sistema solar ou ainda maiores, muito instáveis e de período de vida muito curto, convertendo todo o seu hidrogênio em hélio a grande velocidade. Como eram tão massivas, logo que o hidrogênio se acabasse seria-lhes impossível manter o delicado equilíbrio entre o fogo nuclear interno e a tremenda força gravítica das camadas exteriores fazendo com que a estrela literalmente desabasse sobre ela própria num cataclismo conhecido como Super-Nova. As pressões e temperatura no núcleo durante estes últimos instantes da estrela continuariam a fundir elementos cada vez mais pesados, entre os quais o oxigênio e o carbono, os elementos que dariam origem mais tarde às cadeias de proteínas, a todos os seres vivos e nós próprios também.

Apesar deste ser o melhor filme de como tudo poderá ter acontecido, muitas questões ainda não têm resposta e suspeita-se que muitas mais ainda nem sequer foram formuladas. Enigmas e mistérios profundos que são em certa medida uma aventura de auto-conhecimento, porque o Big Bang acabou aí dentro…atrás dos olhos que lêem estas linhas (“olá!..”), e dentro de cada um de nós, o mais longe que o universo conseguiu chegar.

Perguntas, deslumbramento e aperto no coração quando nos sentimos esmagados por este lugar evocativo e maravilhoso. Perguntas que são o nosso destino.

De onde veio o movimento inicial? O que estava lá antes? De onde veio a energia da Inflação Cósmica? O que é o Vácuo? O que é a Energia Escura? O que é a Gravidade? O que é a Matéria Negra?…

A cosmologia inflacionária levou-nos o mais perto possível do momento da criação. A um ponto em que não existem perguntas fáceis, na fronteira do que poderemos alguma vez compreender.

Há mais ou menos 13,8 biliões de anos não havia nada a não ser um vácuo sem forma, muito pequeno, muito quente, escuro e simétrico.

Ninguém sabe o que estava lá antes, nem faz sentido falar em antes ou em tempo, porque o próprio tempo e espaço ainda não existiam; estavam encurvados naquela entidade sem forma, negra e imaterial, um vácuo primordial suspenso no mais denso dos mistérios. Todas as forças da natureza, Electromagnetismo, Força Forte e Fraca unificadas com a Gravidade em algo ou alguma coisa que escapa à mais prodigiosa das imaginações. E então, a simetria do vácuo quebrou-se espontaneamente e o universo entrou em movimento. A Gravidade separou-se da unificação electro-fraca e a temperatura do Cosmos começou a descer para biliões de biliões de biliões de graus centígrados. Não há nada, nenhum estado da matéria conhecido ou sequer imaginado que possa existir nestas escalas de temperatura; o universo seria uma entidade vazia, desmaterializada, escura e completamente opaca.

Impelido por uma pressão negativa oriunda possivelmente da energia potencial do vácuo, o cosmos (tempo e espaço) expandiu-se num sopro até o relógio marcar 10^{-35}s. Nessa altura, a temperatura passa abaixo dos [10^{28} Kelvin e o Vácuo sobrearrefece, originando a chamada Primeira Transição de Fase do Vácuo. O espaço-tempo encontra-se num estado hiper-denso, sobrearrefecido e altamente instável; a Gravidade não tem possibilidade de suster as forças intrínsecas do tecido do Cosmos, que pressionam o espaço-tempo a se expandir, e o Universo acaba por se escapar num cataclismo indescritível, a Inflação Cósmica. A expansão passou a ser tão rápida que nos primeiros 10^{-32} s, o universo terá aumentado de tamanho num factor de 10^{50} mais ou menos do tamanho de um protão para a cabeça de um alfinete. No final da Inflação Cósmica, o vácuo recuperou o equilíbrio térmico no espaço-tempo e o débito de temperatura durante o sobrearrefecimento foi devolvido ao tecido do Cosmos sob a forma de radiação.

O espaço-tempo banhado pela radiação fantasmagórica da Transição de Fase granulou-se num enxame de pequenos crepúsculos, bolhas infinitesimais de energia, partículas fervilhantes emanando de toda parte, como se sempre tivessem estado lá, talvez de outra forma, embebidas no tecido do vácuo e do cosmos numa escala de energia desconhecida e inacessível ou até vindas de uma dimensão superior, ninguém sabe. A quantitização das energias do Vácuo originou as primeiras partículas elementares: os quarks, os fotões, os neutrinos, electrões, mesões e bosões e as suas correspondentes anti-partículas; a matéria como a conhecemos terá por isso nascido perfeitamente simétrica como o Universo. Logo a seguir, matéria e anti-matéria aniquilaram-se mutuamente numa ligeira desproporção, que é a razão do acréscimo actual de matéria sobre anti-matéria.

Por volta dos 10^{-5} s a temperatura teria descido de tal forma que os quarks já não tinham energia suficiente para fluírem libertos, sendo capturados pelos Gluões da Força Forte, formando então os primeiros Protões e Neutrões, partículas não elementares denominadas pelos Físicos de Hadrões. Os Protões e Neutrões começaram a combinar-se entre si com os electrões circundantes através das Forças Nucleares formando os núcleos atómicos de Hélio (H2), Deutério (H2-) e possivelmente Lítio (Li3), os restantes Hadrões primordiais deram origem ao Hidrogénio que é ainda hoje o mais abundante dos elementos. Nesta altura, a temperatura do Cosmos poderia ser comparável à do interior de uma grande estrela; seria ainda completamente escuro e opaco, já que os fotões, portadores da força electromagnética, ainda não podiam escapar por entre o plasma híper-denso de partículas e elementos.

A partir daqui a idade do Universo começa a medir-se em horas, anos e depois milénios. O tempo dilata-se e o Cosmos entra na era das trevas, a temperatura desce até aos 3 Kelvin, altura em que a densidade de matéria permite que os primeiros fotões se propaguem pelo espaço-tempo, a luz primordial que ainda hoje podemos captar nos nossos televisores como interferência, a radiação de fundo do universo distorcida e atenuada como microndas. O relógio marca cerca de 300000 anos.

Nesta era em que o Cosmos se torna transparente e visível, uma estranha força, a Gravidade, começa a fazer-se sentir sobre a topologia do espaço-tempo, deformando-o junto das grandes bolsas de matéria, aglomerados imensos de átomos, nebulosas gigantescas de hidrogénio que começam lentamente e inexoravelmente a espiralar sobre si próprias, num lento carrossel, um pouco por todo lado. No centro destas nuvens em colapso, quando a pressão entre os átomos ultrapassa um certo ponto, os núcleos de Hidrogénio, de tão próximos e comprimidos que estão, aquecem de tal forma que se fundem, protões com protões, produzindo Hélio. Como resultado desta fusão, é libertada energia remanescente sobre a forma de fotões em vários comprimentos de onda, entre os quais o da luz visível, fazendo com que a nuvem se acenda.

Tinham nascido as primeiras Estrelas.

O princípio foi um nada obtuso, sem fundo, nem forma, nem tempo, nem passado, nem futuro.

O Ovo cósmico de onde tudo surgiu pertence a um outro cosmos, ou a algo que ainda está muito para além da fronteira da ciência e da nossa compreensão, e que talvez nunca cheguemos a compreender completamente. Com o que sabemos hoje, podemos conjecturar que todas as Forças da Natureza estavam unificadas numa única só entidade, provavelmente um vácuo supersimétrico e escuro, ou uma outra forma exótica de energia ou matéria desconhecida, com densidade e temperatura infinitas.

Um nada absoluto, uma singularidade perfeita, como numa centelha invisível que tudo concentrava. O Verbo impossível de ser conjugado.

E então, no instante t=0 s, a simetria do Ovo cósmico quebrou-se e o Universo entrou em movimento, expandindo o espaço e o tempo.

E do nada veio tudo.