A quintessência do Universo, por Sérgio Thiesen

Tempo de leitura: 12 minutos

Sérgio Thiesen

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Os nossos descendentes (talvez nós mesmos em necessário retorno à escola da vida) chegarão ao topo e gozarão da soberba vista que se abre sobre a vastidão e a elegância do universo, com clareza infinita. Hoje a nossa geração se maravilha com a nossa visão do universo e cumpre assim o seu papel contribuindo com um degrau a mais na ascese humana que conduz, através do conhecimento e da virtude, às aquisições da alma que se volta, humilde, serena e reverente, com o Cristo, às Mansões do Criador.
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A criação do universo

Numa indescritível profusão de luzes, cores e sons, esplende infinito e majestoso o império sideral dos universos divinos. Movem-se vertiginosamente pelos espaços sem fim, incontáveis multidões de nebulosas e galáxias, carregando consigo inumeráveis aglomerados de milhares de milhões de estrelas, anãs ou gigantes, novas ou pulsantes, brancas, amarelas, azuis e vermelhas, com seus planetas e satélites, cometas e meteoros, numa sinfonia de belezas que ultrapassa todos os nossos poderes de imaginação.

E tudo se movimenta, se agita, em velocidades inimagináveis, harmoniosas ou turbilhonantes, em voragens e explosões, em transformações e renascimentos, num frenesi inestancável em que tudo se equilibra sob o comando invisível da ordem suprema que a tudo preside: o Espírito de Deus.

Gostaríamos de ressaltar que desde a Codificação, os Espíritos nos informam que o universo é eterno. Mas, 13,8 bilhões de anos pode significar uma eternidade, pois para as nossas mentes e até para muitos Espíritos, ainda vinculados à psicosfera da Terra, esta ordem de grandeza de tempo é algo que se confunde com ela, na relatividade dos referenciais da compreensão humana terrena. Mas eternidade, em sentido absoluto, é outra coisa. O que vamos descrever é o que se sabe, através dos caminhos da ciência, em síntese, sobre os bilhões de anos, quanto à evolução do universo, até os nossos dias.

Por todo o transcurso da história, os seres humanos buscaram apaixonadamente compreender a origem do universo. Talvez nenhuma questão seja capaz de transcender, mais do que esta, a passagem do tempo e a diferenciação das culturas e de inspirar a imaginação da humanidade, tanto a de nossos ancestrais quanto a dos pesquisadores da cosmologia moderna. Existe uma ânsia coletiva, permanente e profunda por uma explicação para o fato de que o universo existe, para a razão pela qual ele tomou a forma que conhecemos e para a lógica, o princípio que alimenta a sua evolução. O que é fabuloso é que, pela primeira vez, a humanidade chegou a um ponto em que começa a surgir um esquema capaz de fornecer respostas científicas a algumas dessas perguntas.

A teoria científica da criação hoje aceita declara que o universo experimentou as condições mais extraordinárias em seus primeiros momentos – energia, temperatura e densidade enormes. Essas condições, como hoje sabemos, requerem que levemos em conta tanto a mecânica quântica quanto a gravitação, razão porque a origem do universo proporciona um profundo campo de estudo em que novas teorias e concepções se delineiam no horizonte do conhecimento.

A visão moderna.

A visão moderna da origem do universo é a seguinte: há cerca de 13,8 bilhões de anos, o universo irrompeu a partir de um evento singular dotado de enorme energia, que expeliu todo o espaço e toda a matéria. Não é preciso ir muito longe para localizar onde ocorreu o Big-Bang, pois ele ocorreu aqui mesmo, assim como em todos os outros lugares; no início todos os lugares que hoje percebemos como distantes eram o mesmo lugar. A temperatura do universo apenas 10-43 segundos após o Big-Bang, o chamado tempo de Planck, era cerca de 1032 °K (graus Kelvin), dez trilhões de trilhões de vezes mais quente que o interior profundo do Sol.

Rapidamente o universo foi se expandido e resfriando e, ao fazê-lo, o plasma cósmico primordial, homogêneo e torridamente quente, começou a formar redemoinhos e concentrações. Cerca de um centésimo milésimo de segundo depois do Big-Bang, as coisas haviam resfriado o suficiente (algo como 10 trilhões de graus Kelvin – 1 milhão de vezes mais quente que o interior do Sol) para que os quarks pudessem organizar-se em grupos de três, formando os prótons e os nêutrons. Cerca de um centésimo de segundo depois, as condições estavam prontas para que os núcleos dos elementos mais leves da tabela periódica começassem a tomar forma, a partir do plasma original. Nos 3 minutos que se seguiram quando o universo esfriou-se a uma temperatura de 1 bilhão de graus, os núcleos predominantes eram de hidrogênio e hélio, juntamente com traços residuais de deutério, o chamado hidrogênio pesado, e lítio. Esse é o período da núcleossíntese primordial.

Durante as primeiras centenas de milhares de anos que se seguiram não aconteceu nada de especial, além do prosseguimento da expansão e do resfriamento. Mas, quando a temperatura caiu a alguns milhares de graus, a velocidade dos elétrons, que se moviam em um frenesi desordenado, reduziu o suficiente para que os núcleos atômicos, especialmente os de hidrogênio e hélio, os capturassem, formando assim os primeiros átomos eletricamente neutros.

O universo e sua transparência.

Esse foi um momento crucial: a partir de então o universo como um todo se tornou transparente. Antes da captura dos elétrons o universo estava inundado por um denso plasma de partículas eletricamente ativas – umas, como os núcleos, com carga elétrica positiva, e outras, como os elétrons, com carga elétrica negativa. Os fótons, que interagem apenas com objetos dotados de carga elétrica, eram atirados incessantemente de um lado para outro pelo denso mar de partículas ionizadas, e praticamente não chegavam a percorrer distância alguma sem serem desviados ou absorvidos. Essa nuvem espessa de partículas ionizadas impedia o movimento livre dos fótons o que tornava o universo quase totalmente opaco, assim como o ar que conhecemos em uma neblina muito densa ou em uma vigorosa tempestade de neve. Mas, quando os elétrons com carga elétrica negativa entraram em órbita ao redor dos núcleos, com carga elétrica positiva, produzindo átomos eletricamente neutros, a neblina desapareceu. Desde então, os fótons criados com o Big-Bang têm viajado livremente, e toda a extensão do universo tornou-se visível.

Mais ou menos 1 bilhão de anos depois, quando o universo já se achava substancialmente mais calmo, as galáxias, as estrelas e por último os planetas começaram a surgir como aglomerados dos elementos primordiais, unidos pela gravitação. Hoje, cerca de 13,8 bilhões de anos depois do Big-Bang, nós nos maravilhamos com a magnificência do cosmos e com a nossa capacidade coletiva de reunir os nossos conhecimentos em uma teoria razoável e experimentalmente testável da origem do universo.

O conhecimento a partir dos estudos dos físicos

Embora estejamos física e espiritualmente ligados à Terra e às suas cercanias no sistema solar, o poder do pensamento e da experimentação nos permite sondar as profundezas do espaço exterior e do espaço interior. Particularmente durante os últimos 100 anos, o esforço coletivo de muitos físicos revelou alguns dos segredos mais bem guardados da natureza. E uma vez reveladas, essas jóias explicativas abriram novo panorama sobre um mundo que pensávamos conhecer, mas cujo esplendor nem sequer chegáramos perto de imaginar.

Uma maneira de medir a profundidade de uma teoria física é verificar até que ponto ela desafia aspectos da nossa visão de mundo que antes pareciam imutáveis. Sob esse ponto de vista, a mecânica quântica e as teorias da relatividade foram muito além das nossas expectativas mais ousadas: funções de onda, probabilidades, tunelamento quântico, o incessante tumulto das flutuações de energia do vácuo, o entrelaçamento do espaço e do tempo, a natureza relativa da simultaneidade, a curvatura do tecido do espaço-tempo, os buracos negros e o Big-Bang. Quem poderia pensar que a perspectiva intuitiva, mecânica e precisa de Newton se tornaria quase acanhada – e que havia um mundo novo e extraordinário logo abaixo da superfície das coisas que vemos todos os dias?

Mas, mesmo essas descobertas que sacodem os nossos paradigmas são apenas uma parte de uma história maior, que tudo abarca. Com uma fé inquebrantável em que as leis do que é pequeno e as do que é grande devem harmonizar-se em um conjunto coerente, os físicos prosseguem em sua luta incessante por encontrar a teoria definitiva. A busca ainda não terminou, mas a teoria de supercordas e a sua evolução em termos da teoria M já fizeram surgir um esquema convincente para a fusão entre a mecânica quântica, a relatividade geral e as forças forte, fraca e eletromagnética.

Os desafios trazidos por esses avanços à nossa maneira de ver o mundo são monumentais: laços de cordas e glóbulos oscilantes que unem toda a criação em padrões vibratórios executados meticulosamente em um universo que tem numerosas dimensões ‘escondidas’, capazes de sofrer contorções extremas, nas quais o seu tecido espacial se rompe e depois se repara. Quem poderia ter imaginado que a unificação entre a gravidade e a mecânica quântica em uma teoria unificada de toda a matéria e de todas as forças provocaria uma tal revolução no nosso entendimento de como o universo funciona?

Os olhos fixos no futuro

Não há dúvida de que encontraremos surpresas ainda maiores à medida que avançarmos em nossa busca de entender a realidade cósmica. Já podemos vislumbrar um reino estranho do universo, abaixo da distância de Planck – escala abaixo da qual as flutuações quânticas do tecido do espaço-tempo tornam-se enormes, em que possivelmente não vigoram as noções de espaço e de tempo. No extremo oposto, nosso universo pode ser simplesmente uma dentre inumeráveis bolhas que se espalham pela superfície de um oceano cósmico vasto e turbulento chamado multiverso. Essas ideias estão na vanguarda das especulações atuais e pressagiam os próximos saltos pelos quais passará a nossa concepção do universo.

Temos os olhos fixos no futuro, à espera dos deslumbramentos que nos estão reservados, mas não devemos deixar de olhar também para trás e maravilhar-nos com a viagem que já fizemos. A busca das leis fundamentais do universo é um drama eminentemente humano, que expande a nossa visão mental e enriquece nosso espírito.

Einstein deu-nos uma descrição vívida da sua própria luta para compreender a gravidade: “os anos ansiosos da busca no escuro, que provocavam sentimentos intensos de angústia e alternâncias entre estados de confiança e de exaustão, e, finalmente, a luz”.

À medida que subimos a montanha do conhecimento, cada nova geração se apoia sobre os ombros da anterior aproximando-se todos do cume. Não é difícil prever que, algum dia, os nossos descendentes (talvez nós mesmos em necessário retorno à escola da vida) chegarão ao topo e gozarão da soberba vista que se abre sobre a vastidão e a elegância do universo, com clareza infinita. Hoje a nossa geração se maravilha com a nossa visão do universo e cumpre assim o seu papel contribuindo com um degrau a mais na ascese humana que conduz, através do conhecimento e da virtude, aquisições da alma que se volta, humilde, serena e reverente, com o Cristo, às Mansões do Criador.

O consenso possível

Depois de um século de vigorosos debates os cientistas alcançaram um largo consenso em torno da história básica do universo. Tudo começou com gás e radiação a temperaturas extremamente elevadas e com densidade inimaginavelmente alta. Durante 13,8 bilhões de anos, desde então, ele tem se expandido e se esfriado. Galáxias e outras complexas estruturas cresceram desde sementes microscópicas, chamadas flutuações quânticas, que se expandiram para as dimensões cósmicas, através de um breve período de inflação.

Nós também aprendemos que somente uma pequena fração de matéria do universo é composta dos elementos químicos normais da nossa experiência do dia a dia, os da chamada tabela periódica. A maioria consiste da chamada matéria escura, principalmente partículas elementares exóticas que não interagem com a luz. Há evidências crescentes de que uma grande parte da matéria que compõe o universo não é aquela que as estrelas e as galáxias conhecidas poderiam justificar, somando-se todo o universo detectável por todos os instrumentos conhecidos, incluindo os mais modernos telescópios e as sondas mais sofisticadas que viajaram a incomensuráveis distâncias.

A partir de 50 anos de observações dos movimentos de galáxias e da expansão do universo, a maioria dos astrônomos acredita que 90% da matéria que constitui o universo são de objetos ou partículas que não podem ser detectadas pelos inúmeros instrumentos que vem observando, a partir da Terra e do espaço, o Cosmo. Matéria escura é, pois, matéria. Esta matéria é chamada escura porque não irradia, não oferece nada que seja detectado no espectro eletromagnético, como tudo o mais que já é conhecido. Ou pelo menos, não irradia na dimensão que habitamos quando encarnados, acrescentaríamos.

Físicos e astrônomos tentam explicar esta matéria escura. Poderia tratar-se de material comum como estrelas ultrafracas, grandes ou pequenos buracos negros, gás frio ou poeira cósmica espalhada pelo universo. Mas podem ser partículas “exóticas” que não sabemos como observar ou mundos e estruturas materiais tão sutis e de composição não definida.

E a gravidade?

Muitos mistérios ainda permanecem, mas, pelo menos, já temos uma ideia do panorama geral.

No entanto, nos últimos dez anos, observações têm convencido os cosmologistas – os estudiosos, em geral físicos, que se dedicam ao estudo da evolução e das propriedades físicas do universo – que os elementos químicos conhecidos e a matéria escura combinados são responsáveis por muito menos do que a metade do conteúdo geral do universo.

A maior parte é composta da “energia escura”, que é onipresente e possui estranha e curiosa característica: sua gravidade não atrai, repele. Enquanto a gravidade atrai os elementos químicos e a matéria escura para as estrelas e galáxias, a gravidade empurra a energia escura mantendo-a como uma névoa fina uniforme que permeia todo o espaço. O universo é como um campo de batalha entre as duas tendências e a de gravidade repulsiva está ganhando.

Ela está gradualmente sobrepujando a força atrativa da matéria ordinária, causando a aceleração do universo em índices de cada vez maiores de expansão e, talvez, levando a uma nova fase inflacionária e um futuro totalmente diferente para ele do que a maioria dos cosmologistas divisava a uma década atrás.

E a energia?

Até recentemente, os cosmologistas se concentraram em provar a existência da energia escura. Convencidos de sua existência estão agora voltando sua atenção para um problema mais profundo: de onde vem esta energia? E a melhor possibilidade conhecida é que ela seja inerente à fábrica do espaço. Mesmo se um volume de espaço fosse literalmente vazio, sem nada de matéria ou radiação, ele ainda conteria essa energia. Tal energia é uma noção venerável que remonta a Albert Einstein e sua tentativa em 1917, de construir um modelo estático do universo. Como muitos outros importantes cientistas ao longo dos últimos séculos, incluindo Isaac Newton, Einstein acreditava que o universo era imutável, não se contraindo ou se expandindo.

Para a teoria geral da relatividade ele teve que introduzir a energia do vácuo ou, na sua terminologia, uma constante cosmológica. Ele ajustou o valor da constante de tal maneira que a repulsão gravitacional iria exatamente contrabalançar a atração gravitacional da matéria.

Mais tarde, quando os astrônomos estabeleceram que o universo estaria em expansão, Einstein desculpou-se pelo seu delicado artifício, tido por ele como seu erro mais tolo. Mas, ele foi apressado na sua autoavaliação, pois, se a constante cosmológica tivesse um valor levemente superior do que Einstein propôs, aquela repulsão iria exceder a atração da matéria, e a expansão cósmica seria acelerada, como, de fato, é.

A quintessência.

Muitos cosmologistas, no entanto, estão agora lidando com uma nova ideia, conhecida como quintessência. O significado da palavra é o “quinto elemento”, uma alusão à filosofia da Grécia antiga que sugeria que o universo é composto de terra, ar, fogo, água e mais uma substância efêmera que evitava que a Lua e os planetas caíssem para o centro da esfera celeste. Há quatro anos, Robert R. Caldwell e seus colegas da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, reintroduziram o termo para se referirem a um campo quântico dinâmico semelhante a um campo elétrico ou magnético, mas um campo que a gravidade repele.

Ao contrário da energia do vácuo que é completamente inerte e que mantém a mesma densidade por todo o tempo da evolução do universo, a quintessência interage com a matéria e evolui com o tempo de tal maneira que poderia se ajustar para alcançar um valor que se coadunasse com a situação observada atualmente. Isto porque a realidade no início, quando da formação das estrelas e galáxias é muito diferente da de agora. E uma teoria deve ser capaz de explicar tanto os fatos e circunstâncias do início como as atuais e as do futuro do universo.

Distinguir entre essas duas opções é criticamente importante para a Física. Físicos de partículas (estudiosos das partículas elementares que constituem a Natureza) dependem dos aceleradores de altas energias para descobrirem novas formas de energia e matéria. Agora, o Cosmo revelou um tipo imprevisto de energia, a energia escura, tão finamente espalhada e tão fracamente capaz de interagir, que os aceleradores não poderiam verificá-la. Se ela é inerte ou dinâmica, isto pode ser crucial para se desenvolver uma teoria fundamental da Natureza. O caso da energia escura tem sido construído passo a passo por, aproximadamente, uma década e meia.

Uma conclusão inequívoca foi que a massa total dos elementos químicos e da matéria escura seria responsável por somente um terço da quantidade que a maioria dos físicos teóricos esperavam – a chamada densidade crítica.

Na teoria quântica, processos físicos podem ser descritos ou em termos de campos ou de partículas. Mas a quintessência possui uma densidade de energia muito baixa e varia tão gradualmente, que uma partícula de quintessência seria muito leve e, ao mesmo tempo, muito grande: do tamanho de um conglomerado de galáxias. De modo, assim, que a descrição de campo é mais útil. Conceitualmente, um campo é uma distribuição contínua de energia e que determina que a cada ponto do espaço há um valor conhecido de intensidade deste campo. A energia referente ao campo tem um componente cinético (de movimento) que depende da variação temporal da intensidade do campo, e um componente potencial que depende somente do valor da intensidade do campo. À medida que o campo muda o equilíbrio entre energia potencial e cinética, modifica-se.

Dizer que a quintessência é um campo é justamente o primeiro passo para explicá-la. De onde vem este estranho campo? Os físicos de partículas têm explicações para fenômenos, desde a estrutura do átomo à origem da massa, mas quintessência é alguma coisa que não se sabe a origem. Uma possibilidade exótica é que a quintessência tem a ver com a física de dimensões extras. Nas últimas décadas, físicos teóricos tem explorado a teoria das cordas, que pode combinar a teoria geral da relatividade e a mecânica quântica numa unificação ou teoria unificada das forças fundamentais da Natureza. Um aspecto importante dos modelos de cordas é que ele prevê 10 dimensões. Quatro delas já nos são familiares: três são as espaciais, mais o tempo. As restantes 6 dimensões estão como que ocultas. Numa extensão da teoria das cordas, conhecida como teoria M, teríamos uma 11a dimensão. Somos incapazes de ver as dimensões extras, mas, se elas existem, nós devemos ser capazes de percebê-las indiretamente.

O novo milênio.

Nestas décadas, as primeiras do novo milênio, o interesse da cosmologia tem sido a detecção de provas da existência da quintessência, o que poderá esclarecer a chamada energia escura, o maior componente da energia do universo. Ela possui consequências observáveis. Por causa do seu valor de w, a equação de estado, ser diferente daquele da energia do vácuo, ela produz uma taxa diferente de aceleração cósmica. Medidas mais precisas da aceleração de estrelas supernovas poderão separar os dois casos. Astrônomos estão propondo novos observatórios, um orbital e outro em Terra, para tentar resolver a questão.

Vale lembrar que, se a aceleração do universo é causada pela energia do vácuo, então, a história cósmica está completa: os planetas, as estrelas e galáxias que nós vemos hoje são como o auge da evolução cósmica.

Mas, se a aceleração é causada pela quintessência, a evolução cósmica e o ‘final’ ainda está para ser escrito.

A ciência humana foi, é e será sempre necessária e valiosa ferramenta do progresso, tarefeira divina a serviço da evolução dos Espíritos, vanguardeira valorosa no combate às trevas da ignorância, para nelas acender as luzes cada vez mais brilhantes do conhecimento, a caminho da verdade.

Admirável e digna de apreço é toda essa aplicação da quintessência, também dessas mentes extraordinárias que trabalham em favor de toda a humanidade, ao preço de grandes cansaços e renúncias desconhecidas, sobrepondo o primado da inteligência realizadora e do maravilhoso poder da intuição que nasce da fé aos dos seus próprios interesses pessoais e alçando a alma aos cimos sublimes das esferas resplendentes em sua marcha ascensional para Deus.

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