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Autor: Mark I. Vuletic

Tradução: Wladimir Costa Cavalcante

[Publicado originalmente no Blog da Divisão Cearense da Liga Humanista Secular]

A primeira versão deste artigo, que terminei de escrever em 1997, simplesmente reunia uma lista de citações de físicos afirmando que certas coisas poderiam realmente surgir do nada através de processos inteiramente naturais, e que todo o universo poderia ser surgido dessa forma. Eu ofereci a lista apenas como uma base de dados, sem nenhuma pretensão de verificar o quão corretas eram as afirmações, ou sua relevância para os debates teológicos  sobre a origem do universo. Mais tarde, estudei a questão mais profundamente, e desenvolvi a linha de argumentação que persegui na primeira nota do meu “Guia de Defesa : Ciência e o Criacionismo.” No entanto, deixei de revisar a primeira versão desse artigo; essa atualização corrige o problema. Aqui, apresento um texto bem direto, e coloquei as citações de suporte no final, acompanhadas por todas as suas referências.

É POSSÍVEL QUE ALGO SURJA DO NADA?

Para a maioria das pessoas, a afirmação de que as coisas não surgem do nada é um truísmo (verdade evidente). No entanto, muitos físicos discordam. Contra essa posição, eles frequentemente citam o que é conhecido, entre outros nomes, como flutuação quântica do vácuo ou partículas virtuais. Elas são pares de partículas/antipartículas que surgem por um brevíssimo intervalo de tempo onde havia apenas espaço vazio – de acordo com o Princípio da Incerteza de Heisenberg.[Q1] [Q2]Elas produzem efeitos mensuráveis, como o Desvio de Lamb e o Efeito Casimir.[Q3] [Q4]Essas partículas não são anomalias; elas são tão comuns que alguns físicos argumentam que se tratamos o espaço vazio como nada, então tal nada simplesmente não existe, pois o espaço nunca está vazio – ele está sempre preenchido com partículas virtuais.[Q5]Em resumo, se agirmos como a maioria das pessoas tratando o espaço vazio como nada, teremos pelo menos um exemplo persuasivo de algo que pode surgir do nada.

O UNIVERSO PODE SURGIR DO NADA?

As partículas virtuais possuem uma vida necessariamente curta porque representam um aumento na energia do universo; o Princípio da Incerteza de Heisenberg abre terreno para partículas virtuais com vidas suficientemente curtas, mas aquelas com vidas mais longas violariam a primeira lei da termodinâmica. Então, alguém poderia pensar que as flutuações quânticas no vácuo não podem ter relevância na origem do universo. Mas pelo contrário, alguns físicos, remontando no mínimo a Tryon (1973), acreditam que todo o universo poderia ser uma massiva flutuação quântica no vácuo.[Q6] O aspecto mais importante do universo que poderia tornar isso possível seria sua energia total em zero. Você deve se perguntar como o universo poderia ter uma energia total de zero. A resposta é que a energia gravitacional é negativa – quando somada com a energia da matéria no universo, o resultado é o cancelamento de ambas.[Q7] [Q8]Nem o Princípio da Incerteza de Heisenberg, nem a Primeira Lei da Termodinâmica impõem qualquer limite à duração temporal de uma flutuação quântica no vácuo cuja energia total é zero; logo, a longevidade do universo não descarta a possibilidade de uma origem por flutuação quântica no vácuo.[Q9] A proposta não é que todo o universo teria se formado em um único instante, mas que uma flutuação quântica no vácuo tenha funcionado como semente para uma expansão local do espaço-tempo, que automaticamente geraria matéria como um efeito colateral.[Q10] [Q11]

Em hipóteses desta espécie, a flutuação quântica no vácuo ocorre no espaço-tempo vazio. Outras hipóteses, mais notavelmente a de Alex Vilenkin, não envolvem um espaço-tempo preexistente, e alicerçam-se sobre o tunelamento quântico e não sobre as flutuações no vácuo.[Q12]

O “NADA” DOS FÍSICOS É REALMENTE O NADA?

Trataremos agora de uma objeção às considerações acima. A objeção é que quando os físicos citados referem-se ao “nada,” estão, na verdade, referindo-se a algo bem diferente da literal ausência de qualquer coisa. Para tentar ser o mais claro possível, irei me referir à ausência de qualquer coisa como o “nada absoluto.” A controvérsia surge por que o “nada” dos físicos não é o nada absoluto. A citação [Q5] pode parecer, a primeira vista, uma exceção. Para mim, essa é uma interpretação errada – Morris está apenas tentando dizer que o espaço nunca está verdadeiramente vazio – mas não precisamos entrar numa disputa exegética aqui, já que é completamente verdadeiro, segundo os modelos de Tryon, que a produção de flutuações no vácuo quântico ocorre em um espaço-tempo pré-existente.
O que mais pode ser dito sobre essa objeção? Duas coisas:
1. Primeiro, o que leva as pessoas a afirmarem que as coisas não surgem do nada é o fato de elas não verem coisas surgindo do espaço vazio em volta delas. Elas igualam o espaço vazio com o nada absoluto. Por isso, mostrar que as partículas podem, e que todo o universo poderia, surgir espontaneamente a partir de espaço vazio, visa atingir a conotação popular de que o universo não poderia ter surgido a partir do nada. Uma vez demonstrado que o universo pode surgir do espaço vazio, não serão muitos os que continuarão seguros de sua intuição metafísica que propõe que o próprio espaço vazio precisa ter surgido de alguma coisa.
2. Segundo, mesmo se considerarmos o espaço vazio alguma coisa, isso não terá peso tomando a hipótese de Vilenkin. Nesse ponto, os críticos objetam que a hipótese de Vilenkin pressupõe a mecânica quântica, e que as leis da mecânica quântica são “alguma coisa.” Essa é uma afirmação estranha, por dois motivos: (a) os críticos parecem querer materializar as leis naturais, que não são “coisas,” mas apenas descrições de como as coisas se comportam. Não fica claro por que alguém consideraria o fato (se for um fato) de o universo surgir de tempos em tempos de uma maneira descritível pela mecânica quântica como sendo esse tipo de “coisa.”(b) Se alguém toma fatos por “coisas”, então o nada absoluto é logicamente impossível: se o nada absoluto existiu, então haveria o fato de o nada ter existido, implicando que ao menos uma coisa (o fato do nada existir) existiu, que por sua vez, contrariaria a hipótese original. Consequentemente, se alguém trata fatos como coisas, então alguns fatos precisam existir; mas, se pelo menos um fato precisa existir, por que esse fato não poderia ser o funcionamento da mecânica quântica?

CONCLUSÃO

Eu não tentei  mostrar que o universo surgiu do nada, ou mesmo analisar todas as questões na cosmologia ou filosofia relacionadas com a ideia de o universo ter sido ou não criado. Tudo que tentei fazer foi mostrar que uma visão ateísta do surgimento ex nihilo do universo, tanto no popular como no técnico entendimento de nihil, é possível. Mesmo esse modesto passo é severamente contestado por muitos teístas, mas a física moderna decisivamente parece endossa-lo.

CITAÇÕES DE SUPORTE

[Q1] Paul Davies:

Em nosso dia-a-dia, a energia é sempre fixa; a lei da conservação de energia é um pilar da física clássica. Mas no microcosmos quântico, energia pode aparecer e desaparecer de lugar nenhum de maneira espontânea e imprevisível. (Davies 1983: 162)

[Q2] Richard Morris:

O princípio da incerteza mostra que partículas podem  passar a existir por breves períodos de tempo mesmo quando não existe energia suficiente para criá-las. Com efeito, elas são criadas por incertezas na energia. Pode-se considerar que elas rapidamente “tomam emprestado” a energia que precisam para sua criação, e então, pouco tempo depois, elas pagam o “débito” e desaparecem novamente. Como essas partículas não possuem uma existência permanente, elas são chamadas de partículas virtuais. (Morris 1990: 24)

[Q3] Paul Davies:

Embora não possamos vê-las, sabemos que essas partículas virtuais estão “realmente lá” no espaço vazio, pois elas deixam traços detectáveis de suas atividades. Um efeito dos fótons virtuais,  por exemplo,  é produzir um minúsculo desvio no nível de energia dos átomos. Eles também causam uma mudança igualmente minúscula no momento magnético dos elétrons. Essas pequenas mas significantes alterações vêm sendo medidas precisamente com uso de técnicas espectroscópicas. (Davies 1994: 32)

[Q4] John Barrow and Joseph Silk:

[Pares de Partículas Virtuais] possuem efeitos calculáveis previsíveis sobre os níveis de energia dos átomos. O efeito esperado é mínimo –  apenas uma mudança de uma parte em um bilhão, mas que vem sendo confirmado por experimentos.

Em 1953 Willis Lamb mediu esse estado excitado da energia de um átomo de hidrogênio. Este fenômeno é agora conhecido como Desvio de Lamb. A diferença na energia prevista para ocorrer devido aos efeitos do vácuo é tão pequena que só pode ser detectada como uma transição na frequência de microondas. A precisão nas medições de microondas é tão grande que Lamb foi capaz de medir o desvio em cinco “Algarismos Significativos“. Ele recebeu o Prêmio Nobel por esse trabalho logo em seguida. Não restam dúvidas de que as partículas virtuais estão realmente lá. (Barrow & Silk 1993: 65-66)

[Q5] Richard Morris:

Na física moderna, não existe tal coisa denominada “nada.” Mesmo no perfeito vácuo,  pares de partículas virtuais estão sendo constantemente criados e destruídos. A existência dessas partículas não é uma ficção matemática. Embora elas não possam ser observadas diretamente, os efeitos que elas produzem são completamente reais. A hipótese de que elas existem nos leva a previsões que têm sido confirmadas em experimentos com um alto grau de precisão. (Morris 1990: 25)

[Q6] Heinz Pagels:

Já que nossas mentes aceitam a mutabilidade da matéria e a nova ideia do vácuo, podemos especular sobre a origem da maior coisa que conhecemos – o universo. Talvez o universo passou a existir a partir do nada  – uma flutuação gigante no vácuo que conhecemos hoje como Big Bang. Notavelmente, as leis da física moderna permitem tal possibilidade. (Pagels 1982: 247)

[Q7] Stephen Hawking:

Existe algo como dez milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de milhões (1 seguido de 85 zeros) de partículas no universo. De onde elas vieram? A resposta é que, pela teoria quântica, partículas podem ser criadas a partir de energia na forma de pares de partículas/antipartículas. Mas isso apenas levanta a questão sobre de onde veio essa energia. A resposta é que o total de energia no universo é exatamente zero. A matéria no universo é feita a partir de energia positiva. No entanto, toda a matéria está atraindo a si mesma pela gravidade. Duas partes da matéria que estão próximas uma da outra possuem  menos energia do que essas mesmas partes separadas por uma longa distância, porque, para separá-las, você tem que gastar energia contra a força gravitacional que as empurra uma contra a outra. Por isso, em certo sentido, o campo gravitacional possui energia negativa. No caso de um universo que é aproximadamente uniforme no espaço, pode-se mostrar que esta energia negativa cancela exatamente a energia positiva representada pela matéria. Logo, a energia total do universo é zero. (Hawking 1988: 129) [obrigado Ross King por esta citação]

[Q8] Paul Davies:

Existe uma possibilidade ainda mais fantástica, que é a criação de matéria a partir de um estado com zero de energia. Essa possibilidade surge porque a energia pode ser tanto positiva como negativa. A energia do movimento ou a energia da massa é sempre positiva, mas a energia da atração, como a que é produzida devido a certos campos gravitacionais ou eletromagnéticos, é negativa. Podem surgir circunstâncias em que a energia positiva que iria criar a massa de novas partículas de matéria é compensada exatamente pela energia negativa da gravidade do eletromagnetismo (sic). Por exemplo, na vizinhança de um núcleo atômico, o campo elétrico é intenso. Se um núcleo contendo 200 prótons puder ser feito (possível, mas difícil), o sistema se torna instável contra a produção espontânea de pares de elétrons-positrons, sem qualquer energia interna. Isso ocorre por que a energia elétrica negativa pode compensar exatamente a energia de suas massas.

No cenário gravitacional a situação é ainda mais bizarra, pois o campo gravitacional é apenas uma deformação no espaço – um espaço curvado. A energia contida em uma deformação no espaço pode ser convertida em partículas de matéria e antimatéria. Isso ocorre, por exemplo, na vizinhança de buracos negros, e foi provavelmente a mais importante fonte de partículas no Big Bang. Por consequência, matéria aparece espontaneamente a partir de espaço vazio. Com isso surge a questão, o Bang primordial possuía energia, ou o universo inteiro estava em um estado cuja energia era zero, com a energia de toda a matéria sendo compensada pela energia negativa da atração gravitacional?

É possível resolvermos a questão através de um simples cálculo. Astrônomos podem medir a massa das galáxias, a distância média entre elas, e a velocidade com que se afastam. Colocando os números em uma fórmula obtemos uma quantidade que muitos físicos interpretam como a energia total do universo. Realmente, a resposta revelar-se-á zero dentro do intervalo de confiança das observações. O razão para esse resultado bem característico vem sendo há tempos um quebra-cabeça para os cosmólogos. Alguns já chegaram a sugerir que deve existir algum princípio cósmico em andamento que requeira que a energia do universo seja exatamente zero. Se for esse o caso, o cosmos pode seguir o caminho de menor resistência, passando a existir sem precisar da entrada de nenhuma energia ou matéria.     (Davies 1983: 31-32)

[Q9] Edward Tryon:

As leis da física não impóem nenhum limite à escala das flutuações quânticas. A duração é, obviamente, restrita a ΔEΔt ~ h, mas  isso apenas implica que o universo tem energia exatamente zero, o que já foi demonstrado como plausível  (Tryon 1973:397)

[Q10] Victor Stenger:

Segundo a relatividade geral, o espaço-tempo pode estar sem matéria ou radiação e ainda conter energia armazenada em sua curvatura . Fortuitamente, flutuações aleatórias no vácuo em um espaço-tempo plano, vazio e inexpressivo podem produzir regiões com uma curvatura positiva ou negativa. Essa é a denominada “espuma de espaço-tempo” e as regiões são denominadas “bolhas de falso vácuo.” Sempre que a curvatura estiver positiva a bolha irá inflar exponencialmente, de acordo com as equações de Einstein. Em 10^-42 segundos a bolha irá se expandir até o tamanho de um próton e terá energia interna suficiente para produzir toda a matéria do universo.

As bolhas começam sem matéria, radiação ou campos e entropia máxima. Elas possuem  energia em sua curvatura, e são por isso denominadas de “falso vácuo.” Enquanto se expandem, a energia interna aumenta exponencialmente. Isso não viola o princípio da conservação de energia já que o falso vácuo possui uma pressão negativa (confie em mim, tudo isso resulta das equações que Einstein escreveu em 1916), o que permite que a bolha em expansão faça esse trabalho sozinha.

Enquanto o universo bolha se expande, um tipo de fricção ocorre, convertendo a energia em partículas. A temperatura então cai e uma série de processos de quebras simétricas ocorrem – semelhante ao que ocorre com um imã posto abaixo da temperatura de Curie, e surgem forças e estruturas de partículas essencialmente aleatórias. A inflação para e o processo segue para o tradicional Big Bang.
As forças e as partículas que aparecem são mais ou menos aleatórias, governadas apenas por princípios de simetria (como os princípios de conservação de energia e de momento ) que não são o produto de um design, mas exatamente o que temos na ausência de um design.

As denominadas “coincidências antrópicas,” pelas quais as partículas e forças parecem ter sido “ajustadas” para a produção de vida baseada em caborno são explicadas pelo fato de a espuma espaço-temporal ter produzido um número infinito de universos, sendo cada um distinto. Nós simplesmente calhamos de estar no lugar onde as forças e partículas prestam-se à produção de carbono e outros átomos com a complexidade necessária para a evolução de organismos vivos e pensantes.
(Stenger 1996)

[Q11] William Kaufmann:

De onde toda a matéria e radiação no universo veio, em primeiro lugar? Pesquisas recentes e intrigantes na física teórica feitas por cientistas como Steven Weinberg de Harvard e Ya B. Zel’dovich em Moscou sugerem que o universo começou como um perfeito vácuo e que todas partículas do mundo material teriam sido criadas pela expansão no espaço…

Pense no universo imediatamente após o Big Bang. O espaço se expande violentamente com um ímpeto explosivo. Ainda, como temos visto, todo o espaço fervilha de pares de partículas e antipartículas virtuais. Normalmente, as partículas e antipartículas não encontram problemas para se unirem novamente em um intervalo de tempo…breve o suficiente para a conservação da massa ser satisfeita de acordo com o princípio da incerteza. No entanto, durante o Big Bang, o espaço se expandiu tão rápido que as partículas foram empurradas para longe de suas antipartículas correspondentes. Privadas da oportunidade de se recombinarem, tais partículas virtuais precisaram se tornar partículas reais em nosso mundo. Mas de onde veio a energia para realizar essa materialização?

Relembre que o Big Bang foi como o centro de um buraco negro. Um vasto suprimento de energia gravitacional foi, por isso, associada com a intensa gravidade dessa singularidade cósmica. Esse recurso ofereceu ampla energia para encher o universo completamente com todos os tipos concebíveis de partículas e antipartículas. Assim, imediatamente após a era de Planck, o universo foi inundado com partículas e antipartículas criadas pela violenta expansão do espaço.
(Kaufmann 1985: 529-532)

[Q12] Martin Bojowald:

A condição de tunelamento proposta por Vilenkin baseia-se em um outro efeito da mecânica quântica, novamente uma consequência das propriedades da Função de Onda. A Função de Onda pode muitas vezes penetrar barreiras com suas caudas, mesmo se estas barreiras não forem tão altas para as partículas clássicas correspondentes…Vilenkin propôs em 1983 que o próprio universo poderia ter emergido de tal processo de tunelamento. Nosso universo seria a cauda de uma Função de Onda pioneira que uma vez teria penetrado a barreira do Big Bang e de sua singularidade. Mas de onde o tunelamento trouxe o universo, e de onde veio o conteúdo da Função de Onda, da qual a cauda de nosso universo é supostamente feita, antes do processo de tunelamento? A resposta de Vilenkin, óbvia e apenas à primeira vista: Do nada …

Dificilmente, pode-se atribuir um significado físico ao tunelamento “do nada” em sentido literal. Independentemente disso, o postulado de Vilenkin faz sentido ao tomarmos a Função de Onda do universo, dotada por uma condição de tunelamento com certas quantias iniciais de perda de volume. (Bojowald 2010: 222)

Referências

Barrow, John D. & Silk, Joseph. 1993. Left Hand of Creation. London: J. M. Dent & Sons.

Bojowald, Martin. 2010. Once Before Time. New York: Alfred A. Knopf.

Davies, Paul. 1983. God and the New Physics. London: J. M. Dent & Sons.

Davies, Paul. 1994. The Last Three Minutes. New York: BasicBooks.

Hawking, Steven. 1988. A Brief History of Time. Toronto: Bantam.
Kaufmann, William J. 1985. Universe: Instructor’s Manual. New York: W.H. Freeman & Co.
Morris, Richard. 1990. The Edges of Science. New York: Prentice Hall.

Pagels, Heinz. 1982. The Cosmic Code. Toronto: Bantam.

Stenger, Victor. 1996. Inflation and creation. URL:<http://www.colorado.edu/philosophy/vstenger/Cosmo/inflat.html.

Tryon, Edward P. 1973. Is the universe a vacuum fluctuation? Nature 246: 396-397.

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