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OPINIÃO

João Luiz Kohl Moreira

29/10/01


O Big Bang e a Teoria da Inflação

Fred Hoyle, astrônomo inglês, falecido recentemente, uma vez, lá pela década de 40, referiu-se, irônico, a uma tal teoria que falava do universo ter se expandido de um ponto como sendo a teoria do big bang. Era despeito. Hoyle não queria aceitar essa idéia. Morreu achando-a absurda. Em compensação, defendia a teoria da criação expontânea da matéria como forma de explicar os indícios que apontam para a expansão do universo. Se não advogava na causa do big bang, imagine o que ele pensava de todas as idéias que vieram a reboque? Entre elas, o que mais parece absurda de todas é a idéia do universo inflacionário.

A esse respeito, tenho comigo um excelente texto de Alan Guth, um físico americano do M.I.T. que ele apresentou em sua palestra em um simpósio da Sociedade Americana para o Progresso da Ciência. Ele avança ainda mais nesse tema já um tanto indigesto mesmo para os mais chegados ao assunto. O título do trabalho é "A Eterna Inflação".

Antes de continuar, é necessário apresentar algumas considerações a respeito. Penso que não é a toa que alguns nos tomam como "delirantes", gente a pensar um monte de coisas absurdas sem que ninguém tenha aparecido para perguntar o porquê de tais idéias. Na verdade, o que temos é a conclusão inarredável de um processo rigoroso de pesquisas e debates e o que assistimos, por incrível que pareça, não dá muita margem a variações.

A teoria do universo inflacionário é um exemplo daquilo que veio para resolver um impasse e cuja construção contou com a cooperação do próprio Guth. A origem dessa teoria vem dos físicos, sobretudo dos físicos de partículas elementares. Essa linha de pesquisa apareceu como extensão das experiências em física nuclear. No desejo de conhecer melhor a física que governa o núcleo atômico foram criados aceleradores, com o tempo, cada vez mais potentes, onde se aceleram partículas, sejam elétrons, sejam núcleos atômicos, que se chocam com outros núcleos. Na esperança de "quebrar" os núcleos, os físicos tinham a expectativa de obter prótons e neutrons individuais e assim, conhecer sua natureza mais de perto. O que se viu, desde o início, foi o aparecimento de partículas estranhas. Quanto mais aumentava-se a energia do choque, mais partículas e mais estranhas eram elas. Hoje, chegamos a enormes laboratórios, tais como o Fermilab, em Chicago, EUA e o CERN, em Genebra, Suissa, que possuem tubos de aceleração que dão muitas voltas em torno das suas cidades sede, de forma a permitir uma aceleração muito maior do que aquelas atingidas no início. A conseqüência foi o surgimento da Física de Partículas Elementares para dar conta de tudo aquilo que aparece nessas experiências.

Conscientemente ou não, esses físicos estavam construindo uma nova cosmologia, isto é, uma teoria para o aparecimento do universo. Hoje temos o que se chama a "Teoria Padrão" proposta pelo texano Gell-Mann e outros. Entre outras coisas, o que sempre chamou a atenção foi o "vazio" existente quando estamos tratando do mundo microscópico. Muito mais do que quando falamos de distâncias interplanetárias, estelares, ou mesmo galáticas. Desde estudante, ouço a comparação de que se o núcleo de hidrogênio fosse do tamanho de uma bola de tênis, o elétron que orbita em torno dele estaria a uma distância como a do Rio de Janeiro até São Paulo. Entre os dois, o espaço vazio. É claro que tratamos apenas de uma comparação. O tal átomo de hidrogênio a que nos referimos é aquele "clássico", ou como dizemos o "átomo de Bohr", que propôs o modelo "planetário" para o átomo. A verdade, no entanto, é que o que temos é um elétron comportando-se como uma "onda". Aí trabalhamos com uma "densidade de probabilidade" de encontrarmos o elétron. Nesse caso, para a imagem que criamos, bem que poderíamos encontrar um elétron entre Rio e São Paulo, um até bem pertinho do núcleo, mas também poderíamos encontrar um outro bem mais longe. O fato é que, em média, existe um vazio muito grande entre as partículas do núcleo.

Quando estudamos o interior das partículas, o vazio também está presente. As primeiras experiências mostraram que os prótons, elétrons e neutrons mais se pareciam com "bolhas de sabão". Quando essas partículas sofrem uma colisão de grandes proporções, elas deixam um rastro, como se fossem bolhas a se decomporem em outras menores. Existem até modelos que dão conta de idealizarem tais partículas sob o ponto de vista de bolhas.

Não precisou muito para que alguns aparecessem com idéias que tais bolhas representam estados de densidade de probabilidade, tal como o modelo moderno do átomo. E assim, iniciaram a trabalhar com sofisticadas ferramentas matemáticas e, no fim, comporem essa moderna "teoria padrão". Essa tal teoria é sustentada em conceitos bastantes abstratos construidos tijolo a tijolo na matemática da física. Um desses conceitos é conhecido por quebra de simetria, nome pomposo que os físicos se referem como generalização das transições de fase que nada mais é do que uma generalização do processo que transforma o gás em água líquida e esta em gelo. Os físicos consideram que enquanto em estado gasoso, as moléculas de água tem total liberdade de locomoção, isto é, a simetria que impera neste estado é o de uma esfera: não há direção privilegiada. Enquanto em estado líquido, as moléculas da água possuem menos liberdade de locomoção, e a simetria, embora cada molécula pode passear em qualquer direção, já não tem possibilidade de se deslocar radialmente, umas em relação às outras. Para o físico, houve quebra de simetria quando se passou de estado gasoso para o líquido. Finalmente, quando a água passa para o estado sólido, a molécula perdeu total capacidade de locomoção, salvo de ficar vibrando em torno de um ponto fixo. Para o físico houve quebra total da simetria envolvendo a água.

Os processos que envolveram a liquefação e solidificação da água envolveram, também, diferentes temperaturas. Para a água se solidificar, é necessário, nas chamadas condições normais, que a temperatura esteja a 0 graus Celsius. Para sair do estado gasoso para o líquido, nas mesmas condições, a temperatura deve estar a 100° C. Indo além, imaginemos que a temperaturas mais elevadas ainda, as moléculas se desfaçam e os átomos comecem a passear livremente. Mais uma simetria está em jogo. Nessa temperatura pode-se dizer que há uma quebra da simetria e entramos assim no estado em que a reação química pode ser realizada e produz-se a molécula de água. Mais quente ainda, chegamos à desintegração do próprio átomo e teremos os núcleos e elétrons passeando livremente, sem se ligarem uns aos outros. A esse estado da matéria, chamamos plasma. Essa equivaleria a um ganho de simetria acabando com tudo aquilo que governa a física atômica.

Os ganhos de simetria vão se sucedendo. É na extrapolação desses ganhos de simetria, o universo vai ficando degenerado. E assim, pela teoria de partículas elementares, o universo, na medida que vai esfriando, vai tomando forma, ganhando atributos como massa, cargas elétricas, campo magnético, dimensões, etc.

Por outro lado, temos o fato inusitado, do ponto de vista da teoria do campo, que no caso da gravitação, polos idênticos se atraem, ao contrário do que se passa com os campos magnético e elétrico. E pior, não há meios de achar polos "inversos" em que quando colocados lado a lado eles se repelem. Surge a questão: seria possível um universo em que existe o dipolo gravitacional, a exemplo do dipolo magnético? E eles existiriam independentemente, a exemplo do elétrico? Essa questão da simetria dos campos já foi vista no artigo de 3/9/01, A Simetria das Forças. A resposta, além de afirmativa, é que ele existiu em nosso universo mesmo, mas em períodos bem remotos.

Foi num tempo em que o estado "massa" estava degenerado. Havia bem menos "vazio" no universo. Sendo sincero, não havia quase "vazio" nenhum. Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, o campo gravitacional pode aparecer de estados de massa energia e pressão, ao contrário da teoria clássica, que não admite estado de pressão, para essas condições. Um estado de pressão negativa (inimaginável para nós, no estado atual do universo) gera um campo gravitacional auto repelente. É neste estado que aparece a possibilidade do universo inflacionário. Quanto mais o universo se expande, mais ele se autorepele fazendo a expansão se tornar frenética. Quanto mais se expande, mais o universo esfria (como faz o gás de geladeira). A simetria da massa é quebrada, gerando campo gravitacional atrativo que vai equibrando o campo gravitacional repulsivo. Chega-se a um ponto em que a simetria da pressão é quebrada. Agora só pressão positiva é possível. O campo gravitacional torna-se integralmente atrativo e assim fica até os dias de hoje. Durante esse ínterim, algo da simetria do campo magnético também é quebrada e um polo passa a não ser mais possível sem o outro. Algo como a transição para formar a molécula de água. Os átomos de oxigênio e hidrogênio devem se deslocar em conjunto, agora, para que a molécula seja possível. Da mesma forma aconteceu com o campo magnético. Para existir como tal, os dois polos devem coexistir, necessariamente.

Para adicionar um pouco mais de abstração a essa discussão já extratosférica de tanta abstração, vem o sr. Guth falar de inflação eterna. Para ele o processo ainda não terminou, apenas se "fragmentou". Processos de expansão inflacionária ainda estão ocorrendo por aí. Talvez seja necessário inventar meios de observá-las.

Tais idéias podem parecer absurdas, como sempre pareceu ao sr. Hoyle. Este por sua vez as tinha suas próprias tão ou mais ainda, para o resto dos mortais. No entanto, nesse momento me vem uma frase de Einstein, que aprendi a pouco tempo:

"Se tiveres uma idéia e ela, à primeira vista, não te parecer completamente absurda, então não há salvação para ela". A. Einstein.