20/01/2023
A física está em crise. A cosmologia quântica pode salvá-la e nos apontar para a teoria de tudo!
"Uma vez que a mecânica quântica é aplicada a todo o cosmos, ela revela uma ideia de três mil anos."
Desde a descoberta do átomo, os físicos aderiram à filosofia do reducionismo. De acordo com essa ideia, a natureza poderia ser apreendida em um entendimento unificado decompondo tudo ao nosso redor em nacos feitos dos mesmos minúsculos constituintes. De acordo com essa narrativa comum, objetos do cotidiano, como cadeiras, mesas e livros, são feitos de átomos, átomos são compostos de núcleos atômicos e elétrons, núcleos atômicos contêm prótons e nêutrons e prótons e nêutrons consistem em quarks. Partículas elementares, como quarks ou elétrons, são entendidas como os blocos de construção fundamentais do universo.
Nos últimos cinquenta anos, para elaborar e concretizar essa visão, centenas de milhares de páginas foram preenchidas com equações sofisticadas cheias de símbolos estranhos. Para testar essas ideias, gigantescos destruidores de partículas foram construídos, tubos com muitos quilômetros de comprimento e bilhões de dólares, para acelerar a matéria subatômica perto da velocidade da luz, deixá-la colidir com um impacto violento e procurar corpos ainda menores ou ainda peças não descobertas. Com a ajuda da NASA and the European Space Agency, maravilhas da engenharia foram lançadas ao espaço para espionar os primeiros incidentes no universo para entender como era o mundo quando era apenas uma sopa de partículas quentes.
Essa filosofia tem sido tremendamente bem-sucedida, mas há um ponto cego. Átomos, prótons e nêutrons, elétrons e quarks são descritos pela mecânica quântica. E de acordo com a mecânica quântica, em geral, é impossível decompor um objeto sem perder alguma informação essencial. Os físicos de partículas lutam por uma descrição fundamental do universo, uma que não descarte nenhuma informação. Mas se levarmos a sério a mecânica quântica, isso implica que, no nível mais fundamental, a natureza não pode ser composta de constituintes. A descrição mais fundamental do universo deve começar com o próprio universo.
Como qualquer outro físico profissional, trabalho diariamente com a mecânica quântica. Usamos a mecânica quântica para calcular e prever os resultados dos experimentos, observações e problemas que nos interessam, sejam colisões de partículas em aceleradores gigantes, processos de espalhamento no plasma primordial do universo primitivo ou o comportamento de campos elétricos ou magnéticos em um experimento de laboratório de estado sólido. Mas embora quase sempre adotemos a mecânica quântica para descrever observações e experimentos específicos, geralmente não a aplicamos a todo o universo. Isso tem uma consequência alucinante. Uma vez que a mecânica quântica é aplicada a todo o cosmos, ela revela uma ideia de três mil anos: que subjacente a tudo o que experimentamos, existe apenas uma coisa única e abrangente - que tudo o mais que vemos ao nosso redor é algum tipo de ilusão.
Reconhecidamente, a afirmação de que “tudo é um” não soa como um conceito científico engenhoso. À primeira vista, parece absurdo. Basta olhar pela janela. Na maioria das vezes, haverá mais de um carro na rua. São necessárias duas pessoas (pelo menos!) para um caso de amor, são necessários “dois ou três” fiéis para celebrar uma missa e são necessários vinte e dois jogadores para um jogo de futebol propriamente dito. Eras atrás, os astrônomos nos convenceram de que a Terra não é o único planeta no universo, e hoje a cosmologia moderna conhece praticamente inúmeras estrelas.
Mas a mecânica quântica muda tudo. Nos sistemas quânticos, os objetos se fundem de maneira tão completa e inteira que é impossível dizer qualquer coisa sobre as propriedades de seus constituintes. Esse fenômeno é conhecido como “emaranhamento” e, embora tenha sido apontado por Albert Einstein e colaboradores há cerca de oitenta anos, só agora está sendo totalmente apreciado. Aplique o emaranhamento a todo o universo e você acabará com o dogma de Heráclito “de todas as coisas um”.
“Espere”, você pode objetar. “A mecânica quântica se aplica apenas a coisas minúsculas: átomos, partículas elementares, talvez moléculas. Aplicá-lo ao universo não faz sentido.” Você ficará surpreso ao saber que há cada vez mais bons indícios de que essa convicção está errada. Somente entre 1996 e 2016, seis prêmios Nobel foram concedidos aos chamados fenômenos quânticos macroscópicos. A mecânica quântica parece se aplicar universalmente, uma descoberta cujas consequências estão apenas começando a ser exploradas.
Você pode levantar as mãos e protestar que tal discussão é inútil. A física parece funcionar muito bem sem qualquer ponderação metafísica. Fato é que não. Atualmente, a física enfrenta uma crise que nos obriga a reconsiderar o que entendemos como “fundamental” em primeiro lugar. No momento, os mais brilhantes físicos de partículas e cosmólogos estão alienados por descobertas experimentais de coincidências extremamente improváveis que até agora desafiam qualquer explicação. Ao mesmo tempo, a busca por uma teoria de tudo está privando a física de seus conceitos fundamentais, como matéria, espaço e tempo. Se eles se foram, o que resta?
A cosmologia quântica implica que a camada fundamental da realidade não é feita nem de partículas nem de pequenos objetos unidimensionais vibrantes conhecidos como “cordas”, mas o próprio universo – entendido não como a soma das coisas que o compõem, mas sim como um todo. -unidade abrangente. Como vou argumentar, essa noção de que “tudo é um” tem o potencial de salvar a alma da ciência: a convicção de que existe uma realidade única, compreensível e fundamental.
Uma vez que esse argumento domine, nossa busca por uma teoria de tudo ficará de cabeça para baixo - para construir a cosmologia quântica em vez da física de partículas ou da teoria das cordas (atualmente a candidata mais popular para uma teoria quântica da gravitação). Tal conceito implica ainda na necessidade de entender como é possível que experimentemos o mundo de tantas coisas se tudo é “um”, afinal. Isso é garantido por um processo conhecido como “decoerência”, que é essencial para praticamente qualquer ramo da física moderna. A decoerência é o agente que protege nossa experiência de vida diária de muita estranheza quântica. E realiza o restante do princípio de Heráclito: “de um todas as coisas”.
Como consequência, teremos que descobrir como tal noção muda nossa perspectiva sobre as questões mais profundas da filosofia – “O que é matéria?” “O que é espaço? “O que é o tempo?” “Como surgiu o universo?” – e até mesmo sobre o que os religiosos chamam de “Deus” (já que durante séculos, o conceito de uma unidade abrangente foi identificado com Deus). Também teremos que confrontar por que o monismo não é mais popular, se segue tão diretamente da mecânica quântica. Por que soa tão bizarro para nós? De onde vem nosso reflexo intuitivo e depreciativo? Para realmente entender esse viés, temos que nos aventurar na história do monismo.
"The One" é a história de uma grave crise na física e do conceito meio esquecido que tem o potencial de resolvê-la. Ele explora a ideia de que “tudo é um”, que matéria, espaço, tempo e mente são apenas artefatos de nossa perspectiva grosseira do universo. Ao longo do caminho, narra como o conceito evoluiu e moldou o curso da história, desde os tempos antigos até a física moderna. O monismo não apenas inspirou a arte de Botticelli, Mozart e Goethe, mas também informou a ciência de Newton, Faraday e Einstein. Mesmo agora, o monismo está se tornando uma suposição tácita subjacente às nossas teorias mais avançadas sobre o espaço e o tempo. Esta é uma história cheia de amor e devoção, medo e violência — e ciência de ponta. Em grande parte, esta é a história de como a humanidade se tornou o que é.
Texto extraído de "The One": How an Ancient Idea Holds the Future of Physics, de Heinrich Päs.
Reimpresso com permissão de Basic Books, Copyright © 2023.
Fonte: https://bit.ly/3WiJ6wM
Jumar Vicenth
Um físico de partículas defende cientificamente uma ideia antiga sobre a natureza do universo: que tudo é um.
