29.7: O princípio antrópico

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Cite algumas propriedades do universo que, se diferentes, teriam impedido o desenvolvimento de humanos

Apesar de nossas incertezas, devemos admitir que a imagem que desenvolvemos sobre a evolução do nosso universo é notável. Com novos telescópios, começamos a coletar evidências observacionais suficientes para descrever como o universo evoluiu de uma mera fração de segundo após o início da expansão. Embora seja uma conquista impressionante, ainda existem algumas características do universo que não podemos explicar. No entanto, acontece que, se essas características fossem diferentes, não estaríamos aqui para perguntar sobre elas. Vamos dar uma olhada em alguns desses “acidentes sortudos”, começando com as observações do fundo cósmico de microondas (CMB).

Acidentes de

Como descrevemos neste capítulo, o CMB é uma radiação emitida quando o universo tinha algumas centenas de milhares de anos. As observações mostram que a temperatura da radiação varia de uma região para outra, normalmente em cerca de 10 milionésimos de grau, e essas diferenças de temperatura sinalizam pequenas diferenças na densidade. Mas suponha que as pequenas e iniciais flutuações na densidade tenham sido muito menores. Em seguida, os cálculos mostram que a força da gravidade perto deles teria sido tão pequena que nenhuma galáxia jamais teria se formado.

E se as flutuações na densidade tivessem sido muito maiores? Então, é possível que regiões muito densas tenham se condensado, e elas simplesmente teriam colapsado diretamente em buracos negros sem nunca formar galáxias e estrelas. Mesmo que as galáxias tivessem sido capazes de se formar em tal universo, o espaço teria sido preenchido com raios X e raios gama intensos, e teria sido difícil para as formas de vida se desenvolverem e sobreviverem. A densidade de estrelas dentro das galáxias seria tão alta que interações e colisões entre elas seriam frequentes. Nesse universo, qualquer sistema planetário raramente sobreviveria por tempo suficiente para que a vida se desenvolvesse.

Então, para estarmos aqui, as flutuações de densidade precisam ser “perfeitas” — nem muito grandes nem muito pequenas.

Outro acidente sortudo é que o universo está perfeitamente equilibrado entre expansão e contração. Está se expandindo, mas muito lentamente. Se a expansão tivesse ocorrido em uma taxa muito maior, toda a matéria teria diminuído antes que as galáxias pudessem se formar. Se tudo estivesse se expandindo a um ritmo muito mais lento, a gravidade teria “vencido”. A expansão teria se revertido e toda a matéria teria recaído, provavelmente em um buraco negro — novamente, sem estrelas, sem planetas, sem vida.

O desenvolvimento da vida na Terra depende de coincidências ainda mais afortunadas. Se a matéria e a antimatéria estivessem presentes inicialmente em proporções exatamente iguais, toda a matéria teria sido aniquilada e transformada em energia pura. Devemos nossa existência ao fato de que havia um pouco mais de matéria do que antimatéria. (Depois que a maior parte da matéria entrou em contato com uma quantidade igual de antimatéria, transformando-se em energia, uma pequena quantidade de matéria adicional deve estar presente. Somos todos descendentes desse pedaço de matéria “desequilibrada”.)

Se as reações de fusão nuclear ocorressem a uma taxa um pouco mais rápida do que elas realmente ocorrem, então, no momento da bola de fogo inicial, toda a matéria teria sido convertida de hidrogênio em hélio em carbono e totalmente em ferro (o núcleo mais estável). Isso significaria que nenhuma estrela teria se formado, já que a existência de estrelas depende da existência de elementos leves que possam se fundir no estágio da sequência principal e fazer as estrelas brilharem. Além disso, a estrutura dos núcleos atômicos tinha que estar correta para possibilitar que três átomos de hélio se unissem facilmente para fundir carbono, que é a base da vida. Se o processo triplo-alfa que discutimos no capítulo sobre Estrelas da Adolescência à Velhice fosse muito improvável, não teria se formado carbono suficiente para levar à biologia como a conhecemos. Ao mesmo tempo, tinha que ser difícil o suficiente para fundir carbono em oxigênio para que uma grande quantidade de carbono sobrevivesse por bilhões de anos.

Há outros fatores que contribuíram para que uma vida como a nossa fosse possível. Os neutrinos precisam interagir com a matéria na taxa certa, embora pouco frequente. As explosões de supernovas ocorrem quando os neutrinos escapam dos núcleos das estrelas em colapso, depositam parte de sua energia no envelope estelar circundante e fazem com que ela exploda para o espaço. Os elementos pesados que são ejetados em tais explosões são ingredientes essenciais da vida aqui na Terra. Se os neutrinos não interagissem com a matéria, eles escapariam dos núcleos das estrelas em colapso sem causar a explosão. Se os neutrinos interagissem fortemente com a matéria, eles permaneceriam presos no núcleo estelar. Em qualquer dos casos, os elementos pesados permaneceriam presos dentro da estrela em colapso.

Se a gravidade fosse uma força muito mais forte do que é, as estrelas poderiam se formar com massas muito menores e sua vida útil seria medida em anos, em vez de bilhões de anos. Os processos químicos, por outro lado, não seriam acelerados se a gravidade fosse uma força mais forte e, portanto, não haveria tempo para a vida se desenvolver enquanto as estrelas tivessem vida tão curta. Mesmo que a vida se desenvolvesse em um universo de gravidade mais forte, as formas de vida teriam que ser pequenas ou não poderiam se levantar ou se mover.

O que tinha que ser, tinha que ser

Em resumo, vemos que um conjunto específico de regras e condições no universo permitiu que a complexidade e a vida na Terra se desenvolvessem. Até o momento, não temos nenhuma teoria para explicar por que esse conjunto “certo” de condições ocorreu. Por esse motivo, muitos cientistas estão começando a aceitar uma ideia que chamamos de princípio antrópico, a saber, que as leis físicas que observamos devem ser o que são justamente porque são as únicas leis que permitem a existência de humanos.

Alguns cientistas especulam que nosso universo é apenas um dos inúmeros universos, cada um com um conjunto diferente de leis físicas — uma ideia que às vezes é chamada de multiverso. Alguns desses universos podem ter nascido mortos, colapsando antes que qualquer estrutura se forme. Outros podem se expandir tão rapidamente que permanecem essencialmente sem características, sem estrelas e galáxias. Em outras palavras, pode haver um multiverso muito maior que contenha nosso próprio universo e muitos outros. Esse multiverso (existindo talvez em mais dimensões das quais possamos nos tornar conscientes) é infinito e eterno; ele gera muitas, muitas regiões infláveis, cada uma das quais evolui para um universo separado, que pode ser completamente diferente de qualquer um dos outros universos separados. Nosso universo é então do jeito que é porque é a única maneira de ser e ter humanos como nós nele para descobrir suas propriedades e fazer essas perguntas.

O Multiverso

Assista à palestra introdutória de 2011 sobre o Multiverso e a Inflação Cósmica do Dr. Anthony Aguirre, da Universidade da Califórnia, parte da Série de Palestras de Astronomia do Vale do Silício.

Vários universos e inflação cósmica: a busca para entender nosso universo (e encontrar outros)

É difícil saber como testar essas ideias, pois nunca poderemos entrar em contato com nenhum outro universo. Para a maioria dos cientistas, nossa discussão nesta seção beira o filosófico e o metafísico. Talvez, no futuro, nossa compreensão da física se desenvolva a ponto de sabermos por que a constante gravitacional é tão forte quanto é, por que o universo está se expandindo exatamente na mesma velocidade em que está e por que todos os outros “acidentes da sorte” aconteceram — por que eles eram inevitáveis e não poderiam ser de outra forma. Então essa ideia antrópica não seria mais necessária. Ninguém sabe, no entanto, se algum dia teremos uma explicação de por que esse universo funciona da maneira que funciona.

Percorremos um longo caminho em nossa viagem pelo universo. Aprendemos muito sobre como e quando o cosmos surgiu, mas a questão de por que o universo é do jeito que é permanece tão elusiva como sempre.

Resumo

Recentemente, muitos cosmólogos notaram que a existência de humanos depende do fato de que muitas propriedades do universo — o tamanho das flutuações de densidade no universo primitivo, a força da gravidade, a estrutura dos átomos — estavam corretas. A ideia de que as leis físicas devem ser do jeito que são, caso contrário, não poderíamos estar aqui para medi-las é chamada de princípio antrópico. Alguns cientistas especulam que pode haver um multiverso de universos, no qual o nosso é apenas um.

Glossário

princípio antrópico

ideia de que as leis físicas devem ser do jeito que são, porque senão não poderíamos estar aqui para medi-las

multiverso

a ideia especulativa de que nosso universo é apenas um dos muitos universos, cada um com seu próprio conjunto de leis físicas