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Sean Carroll: Tempo distante e a dica de um multiverso

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    O universo
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    é bem grande.
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    Vivemos em uma galáxia, a Via-Láctea.
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    Há cerca de cem bilhões de estrelas na Galáxia Via-Láctea.
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    E se você pegar uma câmera
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    e apontar para uma parte qualquer do céu,
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    e deixar o obturador aberto,
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    contanto que sua câmera esteja anexada ao Telescópio Espacial Hubble,
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    verá algo assim.
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    Cada um desses borrões
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    é uma galáxia mais ou menos do tamanho da Via-Láctea -
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    cem bilhões de estrelas em cada um desses borrões.
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    Há aproximadamente cem bilhões de galáxias
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    no universo observável.
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    Cem bilhões é o único número que você precisa saber.
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    A idade do universo, entre agora e o Big Bang,
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    é cem bilhões em anos de cachorro.
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    (Risos)
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    O que diz algo sobre o nosso lugar no universo.
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    Uma coisa que você pode fazer com uma foto dessas é simplesmente admirá-la.
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    É extremamente linda.
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    Eu sempre me perguntei qual é a pressão evolucionária
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    que fez nossos ancestrais nas savanas se adaptarem e evoluírem
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    para realmente gostar de fotos das galáxias
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    quando não tinham tais fotos.
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    Mas também gostaríamos de entender.
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    Sendo um cosmólogo, eu quero perguntar, por que o universo é assim?
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    Uma grande pista que temos é que o universo está mudando com o tempo.
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    Se você olhasse para uma das galáxias e medisse sua velocidade,
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    ela estaria se movendo para longe de você.
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    E se você olhar a para uma galáxia ainda mais distante,
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    estaria se movendo ainda mais rápido.
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    Então dizemos que o universo está expandindo.
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    Isso significa, é claro, que no passado,
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    as coisas estavam mais próximas.
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    No passado, o universo era mais denso,
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    e também era mais quente.
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    Se você comprime coisas, a temperatura aumenta.
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    Isso faz um certo sentido para nós.
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    O que não faz tanto sentido
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    é que o universo, no início dos tempos, perto do Big Bang,
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    era também muito homogêneo.
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    Talvez isso não seja uma surpresa.
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    O ar neste recinto é bem homogêneo.
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    Vocês podem pensar, "Talvez as coisas se homogenizem por conta própria."
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    Mas as condições perto do Big Bang eram muito diferentes
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    das condições do ar desta sala.
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    Em particular, as coisas eram muito mais densas.
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    A força gravitacional das coisas
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    era muito mais forte perto do Big Bang.
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    Vocês têm que pensar que
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    temos um universo com cem bilhões de galáxias,
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    cem bilhões de estrelas em cada.
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    No início, essas cem bilhões de galáxias
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    estavam comprimidas em uma região mais ou menos desse tamanho -
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    literalmente, no início.
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    E é preciso imaginar fazer essa compressão
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    sem quaisquer imperfeições,
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    sem quaisquer pontos
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    onde existiam mais átomos do que em outro lugar.
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    Pois se tivesse havido, eles entrariam em colapso por causa da força da gravidade
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    e se tornariam um enorme buraco negro.
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    Manter o universo tão homogêneo no início
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    não é fácil, é um arranjo delicado.
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    É uma pista
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    de que o começo do universo não é escolhido ao acaso.
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    Há algo que o fez dessa maneira.
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    Nós gostaríamos de saber o quê.
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    Parte do nosso entendimento nos foi dado por Ludwig Boltzmann,
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    um físico austríaco, no século 19.
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    E a contribuição de Boltzmann foi que ele ajudou a entendemos entropia.
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    Vocês já ouviram falar de entropia.
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    É o aleatório, a desordem, o caos de alguns sistemas.
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    Boltzmann nos deu uma fórmula -
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    gravada no seu túmulo agora -
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    que quantifica o que é entropia.
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    E basicamente diz
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    que entropia são as diferentes maneiras
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    em que podemos rearranjar os constituintes de um sistema para que não se note,
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    para que macroscopicamente pareça o mesmo.
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    Se considerarmos o ar desta sala,
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    não notamos cada um dos átomos.
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    Uma configuração de baixa entropia
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    é onde há somente poucos arranjos que se assemelhem.
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    Uma disposição de alta entropia
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    é onde há muitos arranjos que se assemelhem.
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    E este é um conceito de crucial importância,
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    porque ajuda a explicar
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    a segunda lei da termodinâmica -
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    a lei que diz que a entropia aumenta no universo,
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    ou em uma parte isolada do universo.
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    A razão por que a entropia aumenta
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    é simplesmente porque há muito mais maneiras
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    de se ter alta entropia do que baixa entropia.
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    Esta é uma noção maravilhosa,
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    mas deixa algo de fora.
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    Essa percepção de que a entropia aumenta, por sinal,
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    é o que está por trás do que chamamos de flecha do tempo,
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    a diferença entre o passado e o futuro.
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    Cada diferença que há
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    entre o passado e o futuro
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    é porque a entropia aumenta -
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    o fato de que você consegue lembrar do passado, mas não do futuro.
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    O fato que de você nasce, e vive, e morre,
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    sempre nessa ordem,
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    é porque a entropia está aumentando.
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    Boltzmann explicou que se você começar com baixa entropia,
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    é muito natural que ela aumente,
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    porque há mais maneiras de se ter alta entropia.
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    O que ele não explicou
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    foi porque a entropia era baixa em primeiro lugar.
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    O fato de que a entropia do universo era baixa
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    foi um reflexo do fato
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    de que o início do universo era muito homogêneo.
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    Gostaríamos de entender isso.
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    Este é nosso trabalho como cosmólogos.
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    Infelizmente, não é na verdade um problema
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    para o qual estamos dando atenção.
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    Não é uma das primeiras coisas que as pessoas diriam,
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    se perguntassem para um cosmólogo moderno,
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    "Quais são os problemas com que estamos tentando lidar?"
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    Uma das pessoas que entendeu que isso era um problema
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    foi Richard Feynman.
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    50 anos atrás, ele deu uma série de diferentes palestras.
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    Ele deu as palestras populares
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    que se tornaram "O Caráter da Lei da Física."
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    Ele deu palestras para alunos da Caltech
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    que se tornaram "As Palestras de Feynman sobre Física."
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    Ele deu palestras para alunos da graduação da Caltech
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    que se tornaram "As Palestras de Feynman sobre Gravitação."
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    Em todos esses livros, todas essas sérias de palestras,
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    ele enfatizou este enigma:
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    "Por que o início do universo teve uma entropia tão baixa?"
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    Ele diz - eu não vou fazer o sotaque -
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    ele diz, "Por alguma razão, o universo, em algum momento,
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    teve uma entropia muito baixa para seu conteúdo de energia,
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    e a partir daí a entropia aumentou.
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    A flecha do tempo não pode ser totalmente compreendida
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    até que o mistério do começo da história do universo
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    seja reduzido ainda mais
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    da especulação para entendimento."
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    Este é o nosso trabalho.
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    Queremos saber - isso foi há 50 anos, "Certo," vocês pensam,
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    "nós já entendemos agora."
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    Não é verdade que já entendemos agora.
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    A razão pela qual o problema piorou,
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    ao invés de melhorar,
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    é porque em 1998
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    aprendemos algo crucial sobre o universo que não sabíamos.
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    Aprendemos que ele está acelerando.
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    O universo não está só expandindo.
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    Se olharmos para a galáxia, está se afastando.
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    Se voltarmos um bilhão de anos mais tarde e olharmos de novo,
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    vai estar se afastando mais rápido.
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    Galáxias individuais estão se afastando de nós cada vez mais rápido.
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    Então dizemos que o universo está acelerando.
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    Diferente da baixa entropia do início do universo,
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    embora não saibamos a resposta para isso,
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    pelo menos temos uma boa teoria que a possa explicar,
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    se a teoria estiver certa,
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    e esta é a teoria da energia escura.
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    É a ideia de que o espaço vazio por si só tem energia.
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    Em cada centímetro cúbico de espaço,
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    com ou sem coisas,
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    com ou sem partículas, matéria, radiação ou o que seja,
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    ainda há energia, mesmo no espaço em si.
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    E essa energia, de acordo com Einstein,
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    exerce uma força no universo.
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    É um impulso perpétuo
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    que força as galáxias para longe umas das outras.
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    Porque a energia escura, diferente da matéria e da radiação,
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    não se dilui à medida que o universo expande.
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    A quantidade de energia em cada centímetro cúbico
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    permanece a mesma,
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    mesmo que o universo se torne cada vez maior.
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    Isso tem implicações cruciais
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    sobre o que o universo vai fazer no futuro.
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    Uma coisa é certa, o universo vai se expandir para sempre.
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    Quando eu era da idade de vocês,
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    não sabíamos o que o universo iria fazer.
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    Algumas pessoas achavam que iria entrar em colapso novamente no futuro.
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    Einstein gostava dessa ideia.
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    Mas há energia escura, e a energia escura não desaparece,
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    o universo vai continuar expandindo para todo o sempre.
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    14 bilhões de anos no passado,
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    100 bilhões de anos de cachorro,
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    mas um número infinito de anos no futuro.
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    Enquanto isso, para todas as intenções e propósitos,
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    o espaço parece finito.
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    O espaço pode ser finito ou infinito,
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    mas porque o universo está acelerando,
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    há partes que não podemos ver
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    e nunca veremos.
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    Há uma região finita de espaço à qual temos acesso,
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    cercada por um horizonte.
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    Então mesmo que o tempo continue para sempre,
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    espaço é limitado para nós.
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    Finalmente, espaço vazio tem uma temperatura.
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    Nos anos 70, Stephen Hawking nos disse
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    que um buraco negro, embora pensem que é negro,
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    na verdade emite radiação,
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    se levarmos em conta a mecânica quântica.
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    A curvatura do espaço-tempo em volta do buraco negro
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    traz à tona a flutuação da mecânica quântica,
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    e o buraco negro emite radiação.
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    Um cálculo precisamente similar por Hawking e Gary Gibbons
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    mostrou que, se você tiver energia escura em espaço vazio,
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    então todo o universo emite radiação.
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    A energia do espaço vazio
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    traz à tona flutuações quânticas.
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    Então mesmo que o universo dure para sempre,
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    e matéria comum e radiação vão se diluir,
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    sempre haverá radiação,
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    algumas flutuações térmicas,
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    mesmo em espaço vazio.
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    Isso significa que
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    o universo é como uma caixa de gás
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    que dura para sempre.
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    Qual é a implicação disso?
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    Essa implicação foi estudada por Boltzmann no século 19.
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    Ele disse, bem, a entropia aumenta
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    porque há muito mais maneiras
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    do universo ter alta entropia ao invés de baixa entropia.
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    Mas esta é uma afirmação probabilística.
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    Provavelmente vai aumentar,
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    e a probabilidade é extremamente alta.
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    Não é algo para se preocupar -
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    o ar nesta sala se acumulando em um canto e sufocando a todos.
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    É muito improvável.
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    Exceto se trancarem as portas
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    e nos manterem aqui literalmente para sempre,
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    isso aconteceria.
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    Tudo que é permitido,
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    cada configuração que é permitida ser obtida pelas moléculas neste recinto,
  • 8:58 - 9:00
    será em algum ponto obtida.
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    Então Boltzmann diz, veja, podemos começar com o universo
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    que estava em equilíbrio térmico.
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    Ele não sabia sobre o Big Bang. Ele não sabia sobre a expansão do universo.
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    Ele achava que o espaço e o tempo foram explicados por Isaac Newton -
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    eles eram absolutos; estavam lá para sempre.
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    Então sua ideia de um universo natural
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    era que as moléculas do ar estavam espalhadas uniformemente por toda a parte -
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    as moléculas de tudo.
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    Mas se você é Boltzmann, você sabe que, se esperar o tempo certo,
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    as flutuações aleatórias dessas moléculas
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    vão ocasionalmente levá-las
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    a configurações de baixa entropia.
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    E então, claro, no curso natural das coisas,
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    elas vão tornar a se expandir.
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    Então não é que entropia deva sempre aumentar -
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    pode haver flutuações para baixa entropia,
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    situações mais organizadas.
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    Bem, se isso for verdade,
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    Boltzmann então inventa
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    duas ideias que soam bem modernas -
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    o multiverso e o princípio antrópico.
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    Ele diz que o problema com equilíbrio térmico
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    é que nós não podemos viver ali.
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    Lembrem, a vida em si depende da flecha do tempo.
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    Não seríamos capazes de processar informações,
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    metabolizar, andar e falar,
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    se vivêssemos em equilíbrio térmico.
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    Então se imaginarem um universo muito grande,
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    infinitamente grande,
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    com partículas batendo umas nas outras aleatoriamente,
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    haverá ocasionalmente pequenas flutuações em estados de baixa entropia,
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    e então elas relaxam de volta.
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    Mas também haverá grandes flutuações.
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    Ocasionalmente, se fará um planeta
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    ou uma estrela ou uma galáxia
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    ou cem bilhões de galáxias.
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    Então Boltzmann diz que
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    nós só viveremos na parte do multiverso,
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    na parte deste grupo infinitamente grande de partículas de flutuação,
  • 10:30 - 10:32
    onde a vida é possível.
  • 10:32 - 10:34
    Nessa região a entopia é baixa.
  • 10:34 - 10:37
    Talvez nosso universo seja uma dessas coisas
  • 10:37 - 10:39
    que acontecem de tempos em tempos.
  • 10:39 - 10:41
    Agora, o dever de casa de vocês
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    é realmente pensar sobre isso, contemplar o que isso significa.
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    Carl Sagan disse uma vez que
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    "para se fazer uma torta de maçã,
  • 10:47 - 10:50
    é preciso primeiro inventar o universo."
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    Mas ele não estava certo.
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    No cenário de Boltzmann, se você quer fazer uma torta de maçã,
  • 10:55 - 10:58
    você só espera pelo movimento aleatório dos átomos
  • 10:58 - 11:00
    para fazer a torta de maçã.
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    Isso vai acontecer com muito mais frequência
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    do que movimentos aleatórios de átomos
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    fazendo um pomar
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    e açúcar e um forno,
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    e então fazer uma torta de maçã.
  • 11:10 - 11:13
    Então esse cenário faz previsões.
  • 11:13 - 11:15
    E as previsões são que
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    as flutuações que nos fazem são mínimas.
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    Mesmo que vocês imaginem que esta sala em que estamos
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    exista e seja real e aqui estamos,
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    e que temos, não somente lembranças,
  • 11:25 - 11:27
    mas nossa impressão de que há algo lá fora
  • 11:27 - 11:31
    chamado Caltech e Estados Unidos e a Via Láctea,
  • 11:31 - 11:34
    é muito mais fácil que todas essas impressões flutuem aleatoriamente no seu cérebro
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    do que na verdade aleatoriamente flutuarem
  • 11:36 - 11:39
    em uma Caltech, em um Estados Unidos e em uma galáxia.
  • 11:39 - 11:41
    A boa notícia é que
  • 11:41 - 11:44
    portanto esse cenário não funciona; não é correto.
  • 11:44 - 11:47
    Esse cenário prevê que devemos ser uma flutuação mínima.
  • 11:47 - 11:49
    Mesmo que deixássemos nossa galáxia de fora,
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    não teríamos cem bilhões de outras galáxias.
  • 11:51 - 11:53
    E Feynman também entendeu isso.
  • 11:53 - 11:57
    Feynman diz, "Da hipótese de que o mundo é uma flutuação,
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    todas as previsões são que,
  • 11:59 - 12:01
    se olhássemos para uma parte do mundo que nunca vimos antes,
  • 12:01 - 12:03
    encontraríamos mistura, e não como o pedaço que recém olhamos -
  • 12:03 - 12:05
    alta entropia.
  • 12:05 - 12:07
    Se nossa ordem fosse propensa a uma flutuação,
  • 12:07 - 12:09
    não esperaríamos ordem em qualquer outro lugar além de onde recém notamos.
  • 12:09 - 12:13
    Então concluímos que o universo não é uma flutuação."
  • 12:13 - 12:16
    Então isso é bom. A pergunta é 'qual é a resposta certa?'
  • 12:16 - 12:18
    Se universo não é uma flutuação,
  • 12:18 - 12:21
    porque o início do universo tinha baixa entropia?
  • 12:21 - 12:24
    E eu adoraria lhes dizer a resposta, mas o tempo está acabando.
  • 12:24 - 12:26
    (Risos)
  • 12:26 - 12:28
    Aqui está o universo sobre o qual é falado,
  • 12:28 - 12:30
    versus o universo que realmente existe.
  • 12:30 - 12:32
    Eu já mostrei essa foto.
  • 12:32 - 12:34
    O universo está se expandindo há cerca de 10 bilhões de anos.
  • 12:34 - 12:36
    Está esfriando.
  • 12:36 - 12:38
    Mas sabemos o suficiente sobre o futuro do universo
  • 12:38 - 12:40
    para dizer muito mais.
  • 12:40 - 12:42
    Se a energia escura permanecer,
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    as estrelas ao nosso redor vão usar todo seu combustível nuclear, vão parar de queimar.
  • 12:45 - 12:47
    Vão cair em buracos negros.
  • 12:47 - 12:49
    Vamos viver em um universo
  • 12:49 - 12:51
    sem nada dentro, além de buracos negros.
  • 12:51 - 12:55
    Esse universo vai durar 10 elevado a 100 anos -
  • 12:55 - 12:57
    muito mais do que o nosso pequeno universo.
  • 12:57 - 12:59
    O futuro é muito mais longo do que o passado.
  • 12:59 - 13:01
    Mas mesmo buracos negros não duram para sempre.
  • 13:01 - 13:03
    Eles vão evaporar,
  • 13:03 - 13:05
    e eles ficarão sem nada além de espaços vazios.
  • 13:05 - 13:09
    O espaço vazio essencialmente dura para sempre.
  • 13:09 - 13:12
    No entanto, você pensa, já que o espaço vazio emite radiação,
  • 13:12 - 13:14
    há na verdade flutuações térmicas,
  • 13:14 - 13:16
    e passa por um ciclo
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    de diferentes combinações possíveis
  • 13:18 - 13:21
    de graus de liberdade que existem em espaço vazio.
  • 13:21 - 13:23
    Então mesmo que o universo dure para sempre,
  • 13:23 - 13:25
    há somente um número finito de coisas
  • 13:25 - 13:27
    que podem acontecer com o universo.
  • 13:27 - 13:29
    Elas acontecem por um período de tempo
  • 13:29 - 13:32
    igual a 10 elevado a 10 elevado a 120 anos.
  • 13:32 - 13:34
    Então aqui vai duas perguntas para vocês.
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    Primeira: Se o universo dura por 10 elevado a 10 elevado a 120 anos,
  • 13:37 - 13:39
    por que nascemos
  • 13:39 - 13:42
    nos primeiros 14 bilhões de anos dele,
  • 13:42 - 13:45
    no quente e confortável resultado do Big Bang?
  • 13:45 - 13:47
    Por que não estamos em um espaço vazio?
  • 13:47 - 13:49
    Talvez digam, "Bem, não há nada lá para viver,"
  • 13:49 - 13:51
    mas isso não está certo.
  • 13:51 - 13:53
    Você pode ser uma flutuação aleatória do nada.
  • 13:53 - 13:55
    Por que não é?
  • 13:55 - 13:58
    Mais dever de casa para vocês.
  • 13:58 - 14:00
    Como eu disse, eu não sei a resposta.
  • 14:00 - 14:02
    Eu vou dar o meu cenário favorito.
  • 14:02 - 14:05
    Pode ser simplesmente isso, não há explicação.
  • 14:05 - 14:07
    É um fato bruto sobre o universo
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    que você deva aprender a aceitar e parar de fazer perguntas.
  • 14:11 - 14:13
    Ou talvez o Big Bang
  • 14:13 - 14:15
    não seja o começo do universo.
  • 14:15 - 14:18
    Um ovo, um ovo intacto, é uma configuração de baixa entropia,
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    mas quando abrimos nosso refrigerador,
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    não falamos, "Ah, que surpresa encontrar
  • 14:22 - 14:24
    essa configuração de baixa entropia no refrigerador."
  • 14:24 - 14:27
    Isso porque um ovo não é um sistema fechado;
  • 14:27 - 14:29
    vem de uma galinha.
  • 14:29 - 14:33
    Talvez o universo venha de uma galinha universal.
  • 14:33 - 14:35
    Talvez haja algo que naturalmente,
  • 14:35 - 14:38
    através do crescimento das leis da física,
  • 14:38 - 14:40
    dê origem a um universo como o nosso
  • 14:40 - 14:42
    em configurações de baixa entropia.
  • 14:42 - 14:44
    Se fosse verdade, aconteceria mais de uma vez;
  • 14:44 - 14:47
    seríamos parte de um multiverso muito maior.
  • 14:47 - 14:49
    Este é o meu cenário favorito.
  • 14:49 - 14:52
    Os organizadores me pediram para terminar com uma especulação ousada.
  • 14:52 - 14:54
    Minha especulação ousada
  • 14:54 - 14:57
    é que serei absolutamente inocentado pela história.
  • 14:57 - 14:59
    E daqui a 50 anos,
  • 14:59 - 15:02
    todas as minhas ideias loucas serão aceitas como verdades
  • 15:02 - 15:05
    pelas comunidades científicas e externas.
  • 15:05 - 15:07
    Vamos todos acreditar que nosso pequeno universo
  • 15:07 - 15:10
    é só uma pequena parte de um multiverso muito maior.
  • 15:10 - 15:13
    E muito melhor, vamos entender o que aconteceu no Big Bang
  • 15:13 - 15:15
    em termos de teoria
  • 15:15 - 15:17
    que seremos capazes de comparar as observações.
  • 15:17 - 15:19
    Isto é uma previsão. Eu posso estar errado.
  • 15:19 - 15:21
    Mas temos pensado como uma raça humana
  • 15:21 - 15:23
    sobre o como era o universo,
  • 15:23 - 15:26
    por que ele veio a ser da maneira que foi por muitos anos.
  • 15:26 - 15:29
    É empolgante pensar que talvez possamos saber a resposta algum dia.
  • 15:29 - 15:31
    Obrigado.
  • 15:31 - 15:33
    (Aplausos)
Title:
Sean Carroll: Tempo distante e a dica de um multiverso
Speaker:
Sean Carroll
Description:

No TEDxCaltech, cosmólogo Sean Carroll ataca - em um passeio divertido e instigante através da natureza do tempo e do universo - uma pergunta ilusoriamente simples: Por que o tempo existe? As respostas em potencial apontam para uma surpeendente visão do universo, e nosso lugar nele.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
15:34
Lisangelo Berti added a translation

Portuguese, Brazilian subtitles

Revisions

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