Como terminará o Universo?

Esta é a segunda e última coluna sobre nosso estranho universo. Confesso que encerro este assunto com tristeza, depois de tanta curiosidade e pesquisa em descrevê-lo. Conhecer cometas e estrelas, galáxias e quasares, antimatéria e energia escura me fez sentir melhor e não menor, como dizem que acontece quando contemplamos o firmamento.

Imaginamos como o universo nasceu e evoluiu, mas não conhecemos como ele é hoje e do que é feito. E sequer sabemos se e como morrerá. As teorias sobre a morte do universo começaram com Lord Kelvin e continuaram com cerca de uma dúzia de astrofísicos americanos e ingleses. Só gente inteligente e imaginativa, como você logo verá.

O Espaço-Tempo: Você se surpreenderá com a afirmação de que a densidade (ou seja, a matéria) pode distorcer o espaço. Sabemos hoje que a gravitação encurvou o espaço e o tempo, fundindo-os numa mesma dimensão. Ela fez do universo uma criatura elástica, capaz de mudar o comportamento de suas leis, como sugerido nas figuras.

Se você tiver coragem, veja ao lado a equação da relatividade, na sóbria cor preta. Sua parte esquerda representa a geometria do espaço-tempo e a direita, a energia do universo. A igualdade significa que a massa e a energia determinam a geometria e a gravidade. Quer dizer, tudo está entrelaçado.

E as dimensões do cosmo crescem à medida que ele envelhece. Não são os objetos que migram, é o espaço que os afasta, ou seja, é ele que está crescendo, como se fosse vivo. Imagine as manchas de um balão colorido se afastando, à medida que é soprado. Por incrível que seja, os físicos dizem que esta expansão não está limitada pela velocidade da luz, nós é que não podemos observá-la.

Além disto, tempo e espaço são conversíveis entre si, como são matéria e energia. O movimento é distribuído entre espaço e tempo. Quanto mais um objeto se move no espaço, menos se move no tempo, ou seja, o tempo passa mais devagar. Portanto, as duas são grandezas interligadas.

A velocidade da luz é o limite da velocidade no tempo (até quando podemos perceber). Se um objeto alcançar esta velocidade, deixa de se mover no tempo – o tempo para e ele não envelhece. Portanto, a luz não pode envelhecer e os fótons são eternos.

Se tive sucesso, você foi o primeiro humano a entender o espaço-tempo em meia dúzia de parágrafos. Então, se entendeu, me explique por favor.

A Energia Escura: Mas o universo é mais estranho ainda. Os físicos constataram que os efeitos gravitacionais exigiriam mais matéria do que aquela visível.

A massa das galáxias foi medida: surpresa, é cem vezes maior do que a das estrelas somadas. Teria de haver no universo muita massa inerte e inativa faltante – a chamada matéria escura ou melhor, transparente. De toda a massa, 85% seria escura e apenas 15% visível (ver figura). Aviso que matéria escura nada tem a ver com antimatéria ou com energia escura. A matéria escura aproxima, a antimatéria anula e a energia escura afasta.

Sabemos que a gravidade é atrativa e que o universo está se expandindo. Portanto, esta expansão deveria estar desacelerando, pois seria freada pela gravidade. Mas, ao contrário, está aumentando. Os físicos suspeitam que exista uma grandeza que funciona como uma pressão negativa, opondo-se à gravidade e causando esta gigantesca aceleração.

Chamaram-na de energia escura e descobriram que responde por cerca de 75% do cosmo (ver figuras). A energia escura age como uma antigravidade, que está permitindo ao universo acelerar cada vez mais a sua expansão. Quanto mais ele cresce, mais energia escura contém – e ela o faz se expandir cada vez mais. Essa espiral diabólica está simplesmente rasgando o cosmo.

Assim, se você fizer as contas, descobrirá que menos de 5% do universo é feito de matéria conhecida, constituída por átomos. Nós somos compostos por algo de que o universo grandemente não é feito – e não sabemos o que seja. Os físicos chamam essa realidade de exótica.

A Mecânica Quântica: Por mais que a teoria da relatividade pareça estranha, muito mais esquisita é a mecânica quântica, teoria rival que opôs no início do século Albert Einstein a Niels Bohr. Esta última foi desenvolvida para explicar o comportamento caótico da matéria subatômica.

Segundo a teoria quântica, cada objeto é uma coleção de ondas. E não podemos determinar ao mesmo tempo a posição e a velocidade de qualquer partícula de que o objeto é composto. Ou seja, não é possível definir a trajetória das partículas, só sua probabilidade. O mundo deixa de ser uma realidade determinística para se tornar um emaranhado probabilístico, regido pelo princípio da incerteza.

Mas as medições da mecânica quântica são impressionantemente exatas – já se disse que é a mais bizarra e mais precisa teoria física da história. Porém, ela não consegue incorporar a gravidade ao seu tecido teórico – ou seja, a força fundamental que atrai, aglutina e mantém a matéria, permitindo a existência dos astros.

A Teoria das Cordas: Talvez seja o momento de comentar que os cientistas não conseguiram até hoje conciliar as duas grandes teorias da física moderna: a relatividade espaço-tempo e a mecânica quântica. A primeira funciona esplendidamente para as grandes dimensões, mas fracassa miseravelmente nas pequenas – e vice-versa. O mundo subatômico é quântico e o celeste é relativístico.

Lembre-se do começo, quando comentei que as três forças elementares (gravitacional, eletromagnética e nuclear) separaram-se no começo, a 10¯³⁶ segundos após o Big Bang. Talvez haja uma teoria capaz de unificar essas forças. Os matemáticos a chamam de Teoria de Tudo. Einstein passou os últimos trinta anos de sua vida tentando inutilmente descobri-la, enquanto era ignorado pelos físicos como se fosse uma múmia viva.

Então surgiu a Teoria das Cordas como a elegante solução dessas dificuldades. A matéria seria composta não de ondas (como querem os quânticos) ou de partículas (como pensam os relativísticos) e sim de mínimos objetos lineares, semelhantes a cordas. Suas diferentes vibrações criariam todos os elementos subatômicos, vale dizer, toda a matéria – ela combina perfeitamente com a teoria quântica. Cada partícula subatômica seria como uma nota musical e o universo seria como uma sinfonia de cordas.

Mas, quando a corda se move, ela é capaz de curvar o espaço-tempo da relatividade. Assim, ela também abraça completamente a relatividade. Além disso, suas dez dimensões (não só três) são capazes de criar o espaço suficiente para acomodar as diferentes forças e partículas elementares, unificando-as. Nós não percebemos estas dimensões porque elas se enrolaram ou espiralaram – e nos deixaram com a ilusão de um universo tridimensional. Seria a Teoria das Cordas finalmente a Teoria de Tudo?

A Forma do Universo: E qual a forma do universo? Como mostrado na figura, há três possibilidades: esférica, hiperbólica ou plana. No primeiro caso, se o percorrêssemos linearmente, acabaríamos passando pelo mesmo ponto inicial – ou seja, ele seria fechado e finito. No segundo, seria aberto e infinito. Já se fosse plano seria também infinito, porém estacionário.

Na realidade, essas três formas dependem do valor daquela letrinha Ω que você viu na figura. Ela é uma medida de densidade que, se fosse maior ou menor, distorceria o espaço, seja fechando ou abrindo o universo. Mas isto não parece ocorrer, dentro de uma margem de erro de apenas 2%. Assim, pode-se dizer que o cosmo observável seria plano.

O Fim do Universo: Há astrônomos que dizem que o mundo prosseguirá por mais 22 bilhões de anos, ou seja, uma idade total de 36 bilhões até sua morte. E sabemos como o universo acabará?

É razoável suspeitar que isto dependerá da densidade média e da taxa de expansão do cosmo. Se houver na média menos do que três átomos por m³, a expansão prosseguirá indefinidamente e o cosmo se rasgará numa morte fria após 36 bilhões de anos – seria o Big Rip ou a Grande Ruptura.

Uma outra versão parecida propõe o congelamento universal ou o Big Freeze, como pensava Lord Kelvin. Ele resultaria do afastamento ou da distância entre a matéria esparsa, forçada pela expansão. Todas as galáxias morreriam, sem milagre que pudesse reiniciar sua vida. Exaurida da energia necessária, voltaríamos a ter uma era escura, como foi no começo dos tempos. Com a diferença de que esse mundo esparso seria cada vez mais frio, até desaparecer no zero absoluto, quando todo o movimento cessaria.

Inversamente, se a densidade for capaz de deter a expansão, com talvez seis átomos por m³, o cosmo irá se comprimir numa singularidade e desabar sobre si mesmo sob uma temperatura infernal, no Big Crunch ou Grande Colapso. Quer dizer, um evento inverso ao Big Bang que o criou.

Porém talvez existam outras possibilidades. Já se cogitou que o nosso mundo teria resultado do colapso de outro anterior – o Big Bounce ou Grande Rebote. Nesta visão de um universo oscilante e cíclico, o nosso seria como uma encarnação de um mundo anterior e um avatar para um mundo seguinte. Num certo sentido, esta visão é assemelhada à anterior.

Há também cientistas que pensam na existência de universos paralelos coexistindo entre si, no que chamam de multiverso. Os universos seriam como bolhas de sabão flutuando num espaço abstrato e conectados por buracos negros. Não existe até hoje qualquer evidência desta hipótese.

Finalmente, se você for otimista, confie que o universo poderá continuar para sempre. Mas, com uma quantidade infinita de tempo, tudo que possa ocorrer terá uma probabilidade de 100% de acontecer de fato – assim, tudo será possível.