Em um auditório lotado no Perimeter Institute, em Waterloo, Canadá, um grupo de físicos foi convidado a responder a uma única pergunta: o que os mantém acordado de noite? A discussão fazia parte do Quantum to Cosmos, um grande e sofisticado festival de física com duração de 10 dias. Enquanto a maioria afirmou dormir profundamente, emergiram sete chaves para grandes enigmas que surgiram durante a sessão:
1. Por que este universo?
Em sua busca pelas leis fundamentais da natureza, os físicos têm trabalhado essencialmente sob um paradigma de longa data: demonstrar por que o universo deve ser como o vemos. Mas se outras leis podem ser cogitadas, por que não pode existir um universo em algum outro lugar? “Talvez nós não encontremos outra alternativa que não seja o universo que nós conhecemos”, disse Sean Carroll de Caltech. “Mas eu suspeito que isto não esteja certo”. Carroll acha fácil imaginar que a natureza permite tipos diferentes de universos com leis diferentes. “Logo, em nosso universo, a pergunta transforma-se em: por que estas leis e não algumas outras leis?”.
2. De que tudo é feito?
Já é bem claro que a matéria comum – átomos, estrelas e galáxias compõe 4% da energia total do universo. Os outros 96% é que mantêm a física Katherine Freese, da Universidade de Michigan, ocupada. Ela está entusiasmada com uma parte do problema, a natureza de matéria escura e é possível que esteja próxima da solução. Com base em dados de sua nova experiência com o satélite Fermi, da Nasa, ela conseguiu descobrir que as partículas de matéria escura em nossa própria galáxia estão se destruindo em uma taxa mensurável, o que por sua vez poderia revelar suas propriedades. Mas a descoberta da energia escura, que parece acelerar a expansão do universo, criou um novo quebra-cabeça cheio de enigmas e sem nenhuma resposta à vista. Isto inclui a natureza da própria energia escura e a pergunta de por que há um valor tão extraordinariamente pequeno permitindo a formação de galáxias, de estrelas e do surgimento da vida.
3. Como a complexidade acontece?
Do comportamento imprevisível do mercado financeiro à ascensão da vida a partir da matéria inerte, Leo Kadanoff, físico e matemático aplicado da Universidade de Chicago, procura as perguntas mais atraentes sobre a ascensão de sistemas complexos. Ele se preocupa devido a uma parte dos físicos e matemáticos se focalizarem apenas no muito pequeno e no muito grande. “Nós não sabemos como um vidro de janela comum trabalha e toma um formato”, afirma. “A investigação de coisas familiares é importante apenas para chegarmos a um entendimento”, defende. “A vida em si só será verdadeiramente entendida por decodificação de como os componentes simples com interações simples podem conduzir aos fenômenos complexos”, explica.
4. A teoria das super-cordas será provada como correta?
O físico de Cambridge David Tong é apaixonado pela beleza matemática da Teoria das Super-Cordas – ideia de que as partículas fundamentais que observamos não são pontos e sim cordas minúsculas. Ele admite que uma vez teve uma crise filosófica quando concluiu que pode viver sua vida inteira sem saber se a Teoria das Cordas constitui realmente uma descrição de toda a realidade. Tong se conforta em saber que os métodos da Teoria das Cordas podem atuar como suporte para pesquisas de problemas menos fundamentais, tais como o comportamento dos quarks e de metais exóticos. “É uma teoria útil; então, estou tentando me concentrar nela”, diz.
5. O que é a singularidade?
Para o cosmólogo e diretor do Perimeter Institute, Neil Turok, o maior mistério é como tudo começou, a grande explosão, mais conhecida como o big bang. A teoria convencional aponta novamente um estado infinito, quente e denso no início do universo, onde as leis da física conhecidas se dividem. “Nós não sabemos descrevê-la”, disse Turok. “Como pode qualquer um alegar que tem uma teoria sem isso?”. Ele está esperançoso de que há uma relação entre a Teoria das Super-Cordas e um desenvolvimento conhecido como “o princípio holográfico”, que mostra que uma singularidade em três dimensões pode ser traduzida em uma entidade matematicamente mais manejável em duas dimensões (a qual pode implicar em que a terceira dimensão e a própria gravidade são ilusórias). “Estas ferramentas estão nos dando novas formas de pensar sobre o problema, que são profundamente satisfatórias em um sentido matemático”, diz.
6. O que é a realidade realmente?
O mundo material pode, em algum nível, estar além da compreensão, mas Anton Zeilinger, professor de física da Universidade de Viena, está profundamente esperançoso de que os físicos simplesmente têm passado raspando pela superfície de alguma coisa muito grande. Zeilinger especializa-se nas experiências com o quantum, que demonstram a influência aparente dos observadores na formação da realidade. “Talvez a descoberta real virá quando nós começarmos a realizar as conexões entre a realidade, o conhecimento e as nossas ações,” diz. É um conceito bem estabelecido na prática. Zeilinger e outros pesquisadores têm mostrado que as partículas que são amplamente separadas podem de algum modo ter estados quânticos vinculados, de modo que, ao observar o estado de um, o efeito no outro também seja afetado. Ninguém conseguiu descobrir ainda como o universo parece saber quando está sendo observado.
7. Como que a física pode nos levar tão longe?
Talvez a maior pergunta é se o processo de investigação que revelou tanto sobre o universo desde a época de Galileu e de Kleper está próximo do fim da linha. “Eu me preocupo se nós chegamos aos limites da ciência empírica”, disse Lawrence Krauss, da Universidade Estadual do Arizona. Especificamente, Krauss quer saber se exigirá o conhecimento de outros universos, tais como aqueles levantados por Carroll, para compreender porque nosso universo é da maneira que é. Se tal conhecimento for impossível de alcançar, isso pode significar o fim do aprofundamento do nosso entendimento de qualquer coisa que esteja além disso.
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