#772 Físicos e filósofos respondem ao argumento cosmológico kalam (Parte 3)

Dr. Craig responde

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Ao continuarmos o nosso exame deste vídeo, a discussão agora se voltará às provas científicas para o começo do universo, com base na expansão do universo. Boa parte desta discussão, Paul, estará, sem dúvida, além da sua compreensão, mas a sua percepção da confusão e da falta de provas está bastante correta. É incrível como se pensa que qualquer modelo, por mais especulativo que seja, por mais provas que se apresentem contra ele, é preferível a um modelo com começo. As minhas respostas estão em itálico, na cor azul.

C. A PRIMEIRA CONFIRMAÇÃO CIENTÍFICA

NARRADOR: O futuro infinito não é a única infinitude que os defensores do kalam tendem a adotar. Também afirmam que a singularidade do Big Bang prova o começo do tempo.

WILLIAM LANE CRAIG: . . . chega-se a um estado de densidade infinita em algum ponto no passado finito. Este estado representa uma singularidade em que a curvatura do espaço-tempo, bem como temperatura, pressão e densidade, tornam-se infinitos. Constitui, portanto, um limite ou fronteira para o próprio espaço-tempo.

DANIEL ISAACSON: O argumento de Lane Craig de o passado infinito ser impossível e, portanto, a concepção do universo ser insustentável é incompatível com a afirmação de que haja um ponto singular em que o universo se origina, porque as propriedades de tal singularidade são inteiramente infinitas.

ADRIAN MOORE: Precisamente o que é a singularidade, como enfatizou John Barrow com tanto vigor, é algo que envolve um tipo de infinitude real — por razões físicas, envolve um tipo de infinitude real. E é precisamente disto que os mesmíssimos pensadores disseram ter suspeitas. Assim, para expressar de modo nu e cru, será que estão tentando pôr e dispor ao mesmo tempo? Aceitam infinitude real em um contexto, enquanto tentam descartá-la e suspeitá-la em outro contexto.

Resposta: A singularidade cosmológica inicial é artefato matemático do modelo convencional. Isto não quer dizer que se trata de estado físico de coisas. Penso que seja idealização. Tampouco envolve quantidades infinitas no sentido cantoreano. Conforme aponta Quentin Smith, é um caso de divisão por zero: qualquer massa acima do volume zero produz densidade infinita. Cosmólogos costumam “recortar” a singularidade inicial, de modo que o universo, embora finito no passado, não tem nenhum ponto limítrofe. Alguns modelos cosmológicos, como o modelo de Hartle-Hawking, “arredondam” a parte inicial do espaço-tempo, de modo que, embora o passado seja finito, ele não tem nenhum ponto limítrofe. Possuir um começo não implica ter um ponto limítrofe. Ver o artigo que James Sinclair e eu escrevemos: “On Non-Singular Spacetimes and the Beginning of the Universe”, em Scientific Approaches to the Philosophy of Religion [Abordagens científicas à filosofia da religião], ed. Yujin Nagasawa (Londres: Macmillan, 2012), pp. 95-142. 

NARRADOR: Os matemáticos não pensam que a infinitude seja contraditória. O que pode ser contraditório é afirmar que a infinitude seja tanto contradição quanto não-contradição — alegar que o passado infinito é incoerente quando o futuro infinito é adotado, e alegar que o começo do tempo é confirmado pela singularidade do Big Bang, que, em si, envolve infinitudes.

Resposta: Esta é outra manobra de distração. A formulação original de Einstein da relatividade especial envolvia objetos comuns tridimensionais a perdurar pelo tempo. Era completamente compatível com uma teoria flexiva do tempo e do devir temporal. A interpretação aflexiva do espaço-tempo de Hermann Minkowski apareceu alguns anos mais tarde. A validade do argumento cosmológico kalam não depende da interpretação neolorentziana da relatividade (embora seja ela a minha visão preferencial).

25:17: CARLO ROVELLI: A descoberta com Copérnico é que a Terra não é o centro do universo. Pois bem, é possível sempre repensar a questão. Pode-se imaginar de outro modo. Pode-se acrescentar um centro. Nada o impede de fazê-lo. Você só complica a sua vida. O mesmo se dá com a relatividade especial. Pode-se acrescentar um referencial. Não é visível, não é detectável, mas você pensa que ele está ali. Trata-se da interpretação neolorentziana da relatividade especial. O que ganhamos? A única coisa que ganhamos é que podemos fazer a nova física com a velha mentalidade. Penso, porém, que devemos adaptar a nossa intuição à nova física, e não adaptar a nova física a nossa intuição. Quando descobrimos que a Terra é redonda — ali é para cima, acolá é para baixo, mas, se estiver em Sydney, é o contrário. Você pode pensar: sim, sim, mas, na verdade, há um ponto para cima e um ponto para baixo verdadeiros. Você pode, mas qual é a vantagem? Ou melhor dizendo, é preciso adaptar a sua intuição sobre tal descoberta, e não o contrário. Os físicos não têm muito interesse nas interpretações neolorentzianas da relatividade especial. Quero dizer que, quando se chega à relatividade geral e se mantém a interpretação neolorentziana, é muito mais difícil, porque, na relatividade especial, simplesmente se escolhe um referencial e, na relatividade geral, não há nenhum referencial global. Penso que tudo na física nos está dizendo que não há nenhum referencial preferencial, não há nenhuma fatia de tempo preferencial, não há nenhum tempo preferencial.

Resposta: Rovelli admite que podemos, com Lorentz, acrescentar um referencial preferencial. Não há nenhum problema científico aí. A única objeção de Rovelli é: “O que ganhamos?” Na minha opinião, os nossos ganhos são metafísicos: uma visão mais crível do mundo do que a proposta pela interpretação aflexiva do espaço-tempo. Há, porém, físicos destacados como J. S. Bell, Franco Selleri, Antonio Valentini e outros que pensam existirem ganhos científicos também. Em particular, as supostas desigualdades de Bell parecem requerer um referencial preferencial. Ver o meu livro Time and the Metaphysics of Relativity [O tempo e a metafísica da realidade] (Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2001) e a minha antologia com Quentin Smith, Einstein, Relativity, and Absolute Simultaneity [Einstein, relatividade e simultaneidade absoluta] (Londres: Routledge, 2007).

NARRADOR: Craig sugere que há um relógio universal que nos dá um agora único — isto é, o tempo cosmológico, o tempo desde o Big Bang.

WILLIAM LANE CRAIG: O tempo cósmico é o mesmo para todo observador hipotético no universo, independentemente do seu estado de movimento. Em outras palavras, o tempo cósmico é um tipo de restabelecimento do tempo absoluto de Newton.

CARLO ROVELLI: Bem, o tempo cosmológico é falso. Por quê? Porque a matéria, a gravidade retardam o tempo, de modo que, dentro da galáxia, relógios se movem mais devagar do que fora dela. A questão é que há muitos relógios diferentes no universo que não concordam uns com os outros. A ideia do tempo cosmológico é apenas uma definição arbitrária de uma média, mas posso dar uma definição diferente para ele.

Resposta: Que vergonha! Rovelli sabe que o retardamento de relógios num campo gravitacional não tem absolutamente nada a ver com o parâmetro de tempo que mensura a duração do universo. O tempo cósmico não é arbitrário, mas acompanha a evolução de hipersuperfícies de homogeneidade.

NARRADOR: E a cosmologia? Será que o Big Bang implica ter o universo um começo? Os teoremas da singularidade de Penrose-Hawking que, supostamente, provam isto têm pressupostos que quase ninguém mais na cosmologia leva a sério. Em particular, a maioria dos físicos pensa que a teoria da gravidade de Einstein precisará ser modificada para explicar os efeitos quânticos ou outros efeitos que surgem nas condições extremas do Big Bang. Não é só o consenso de cosmólogos, mas as perspectivas dos próprios autores dos teoremas da singularidade — Roger Penrose e Stephen Hawking.

STEPHEN HAWKING: A lição real dos teoremas da singularidade é, portanto, que precisamos combinar a teoria geral da relatividade com a teoria quântica para entender a origem do universo.

ROGER PENROSE: É certamente uma visão expressa com bastante frequência agora que não devemos, simplesmente, desistir da ideia de que o Big Bang seja singularidade — precisamos de uma teoria que descreva isto. A maioria das pessoas dirá que é uma forma de gravidade quântica. Tenho visão diferente desta, mas, de todo modo, tenho em comum com ela que precisamos de uma nova teoria.

Resposta: Nas minhas publicações, trato dos modelos da gravidade quântica como o modelo de Hartle-Hawking, que exibe um começo do universo que não é singular. A cosmologia cíclica conforme de Penrose não envolve um começo, mas não é levada a sério pelos cosmólogos porque se baseia em física exótica, e não em física conhecida.

29:06: GEORGE EFSTATHIOU: Acho que ninguém crê que o universo tenha começado com uma singularidade. Ela apenas nos diz que a teoria clássica de Einstein da teoria da relatividade geral se divide, de modo que a teoria clássica da gravidade não se aplica quando se chega a energias muito elevadas. Assim, ela é substituída por alguma teoria quântica consequente da gravidade. A teoria das cordas é uma candidata.

29:29: ALEXANDER VILENKIN: A cosmologia convencional do Big Bang é que foi um Big Bang aquecido — começa-se com um universo denso muito aquecido, que se inicia na singularidade. Por isso, acho que ninguém crê naquele cenário.

Resposta: Correto! Portanto, o que acontece com a objeção acima de que a singularidade envolve um infinito real? Não era um problema, afinal! Como disse, o começo do universo não exige um ponto limítrofe singular.

NARRADOR: Muitos cientistas pegaram nossos melhores candidatos para uma teoria quântica da gravidade e analisaram o Big Bang. Modelos inspirados pela teoria das cordas costumam mostrar que o Big Bang não foi o começo, e o resultado frequente é que houve uma era de contração precedente ao nosso universo em expansão.

29:58: GABRIELE VENEZIANO: Houve uma evolução do universo que foi algum tipo de imagem espalhada do que aconteceu em seguida. Assim, da mesma maneira em que a era pós-Big Bang em que vivemos, segundo o nosso modelo, durará para sempre, penso que também dura para sempre na inflação comum. Certo? Para nós, por causa da simetria, desta dualidade, o passado também é infinito. Tanto o futuro quanto o passado são infinitamente extensos.

NARRADOR: A principal rival da teoria das cordas — a gravidade quântica em laços — parece mostrar o mesmo.

30:35: ABHAY ASHTEKAR: Caso se reverta o filme, por assim dizer, da evolução do universo e se retroceda no tempo, o universo estava a contrair e, então, em vez de atingir o volume zero, na verdade, quando atingiu a curvatura, tornou-se planckiano. Em seguida, novos efeitos quânticos entraram em cena, fazendo o universo ricochetear.

30:59: MAIRI SAKELLARIADOU: Em qualquer teoria que tenha algum tipo de espaço distinto, por definição, não se atinge a singularidade. Isto poderia ser explicação de por que todos esses modelos, de algum modo, voltem-se a essa solução do rebote, quando chegamos a uma escala muito diminuta.

Resposta: Para um exame dos modelos de cordas, incluindo o modelo inflacionário pré-Big Bang de Veneziano e Gasperini, bem como o modelo ecpirótico cíclico de Steinhardt e Turok, seguido de um exame dos modelos de gravidade quântica em laços, incluindo o modelo cíclico de Bojowald e o modelo assintótico de Ellis et al., ver a discussão de James Sinclair em nosso artigo “The Kalam Cosmological Argument”, em The Blackwell Companion to Natural Theology [Manual Blackwell de teologia natural], ed. William Lane Craig e J. P. Moreland (Oxford: Wiley-Blackwell, 2009), pp. 158-174. Conforme Alex Vilenkin enfatizou repetidamente, nenhum destes modelos pode, realmente, ser eterno no passado (Alexander Vilenkin, “Did the universe have a beginning?” http://www.youtube.com/watch?v=NXCQelhKJ7A.) (Digamos que me intriga que o entrevistador não tenha perguntado a Vilenkin acerca da viabilidade destes modelos! Curioso...)

NARRADOR: Com a comunidade dos físicos a abandonar a crença na aplicabilidade do teorema de Penrose-Hawking, os defensores do kalam se voltaram a um teorema mais novo, conhecido como teorema de Borde-Guth-Vilenkin ou BGV. Este teorema foi desenvolvido porque o período de rápida expansão conhecida como inflação, que, segundo se crê, ocorreu no início do universo, viola um dos pressupostos do teorema de Penrose-Hawking — que a gravidade sempre atrai. Pensa-se também que a inflação seja eterna no futuro, criando um multiverso infinito.

WILLIAM LANE CRAIG: Em 2003, Arvind Borde, Alan Guth e Alexander Vilenkin conseguiram provar que qualquer universo que, na média, esteja em estado de expansão cósmica ao longo de sua história, não pode ser infinito no passado, mas deve ter um limite passado de espaço-tempo. O que torna a prova deles tão poderosa é que ela se sustenta, independentemente da descrição física do universo bem no seu início. Assim, de fato, o teorema de Borde-Guth-Vilenkin implica, sim, um começo absoluto do universo.

ALAN GUTH: Eu estava trabalhando com Arvind Borde e Alex Vilenkin para entender o que podemos aprender sobre a inflação, como ela pode ter começado e quão antigo seria o seu começo, e, especificamente, quando percebemos que a inflação poderia ser eterna no futuro, apareceu uma pergunta muito natural: será que a inflação poderia ter sido também eterna no passado? O que descobrimos foi que a inflação não poderia ser eterna no passado. O que, basicamente, chegamos a alcançar foi provar um teorema que diz que qualquer região em expansão do espaço-tempo que tenha alguma taxa mínima de expansão pode retroceder até certa medida, e não infinitamente. Isto quer dizer que a inflação deve ter tido um começo. Não diz, na verdade, que o universo deve ter tido um começo, mas, sim, que o universo não poderia estar se expandindo para sempre até ao tempo presente.

Resposta: Provar que “o universo não poderia estar se expandindo para sempre até ao tempo presente” implica um começo, a menos que se possa elaborar um modelo sustentável, segundo o qual o universo estava, anteriormente, a contrair-se ou era estático antes da expansão, o que ainda não foi realizado.

ENTREVISTADOR: Entrevistamos Abhay Ashtekar. No modelo deles, têm um universo a ricochetear. Assim, quer dizer que o universo poderia ser eterno no passado, e que o teorema [de BGV] não impede isto. Está certo?

ALAN GUTH: Sim, está certo.

ALEXANDER VILENKIN: O teorema prova que a inflação deve ter um começo, não é? O universo como um todo — o teorema não diz isso. Diz que a expansão do universo deve ter um começo, não é? Mas ele abre bastante a porta para alternativas.

Resposta: O teorema de BGV tem a condição de que o universo esteja, em média, em estado de expansão ao longo de sua história. Modelos cíclicos ou de rebote talvez não satisfaçam tal condição, não sendo, portanto, excluídos pelo teorema. Porém, conforme Vilenkin o explicou repetidas vezes, tais modelos enfrentam outros obstáculos insuperáveis que excluem a possibilidade de que o universo seja eterno no passado. Mais uma vez, fico intrigado que não tenham perguntado a Vilenkin a este respeito...

NARRADOR: Como vimos, uma forma de evitar o BGV é ter um universo em contração no passado, o que é predição comum em múltiplas abordagens da gravidade quântica. Há quem sugira, porém, que essa fase de colapso será bagunçada e instável e, portanto, incapaz de fazer a transição para nosso harmonioso universo homogêneo.

Resposta: Certo, assim como Vilenkin, citado acima! É engraçado que jamais lhe tenham pedido para lhes explicar isto!

34:23 AURÉLIEN BARRAU: Não temos absolutamente nenhuma ideia do que existia no universo antes do rebote. Por isso, é muito especulativo e muito difícil decidir se a situação era estável ou não. E, mesmo no caso em que a situação é instável, normalmente o que se quer dizer é que as simplificações que usamos na cosmologia convencional não podem ser mais usadas. Mas a natureza não se importa com o fato de que é difícil calcular. Por isso, quando dizemos que algo não funciona, a maior parte do tempo se quer dizer que o modelo que usamos para descrever essas coisas não funciona mais. Por exemplo, não se pode usar uma equação de Friedman porque o universo é tão homogêneo que a equação de Friedman não é mais utilizável. E então? O universo não se importa que tenhamos de inventar outra equação. Penso que o modo correto de pensar não é ir do passado para o futuro, é começar daquilo que conhecemos. O que sabemos é o que vemos ao nosso redor hoje. O universo está em expansão. Temos estrelas, temos galáxias, temos gravidade. Temos uma teoria. Então, retrocedemos no tempo e vemos o que aconteceu. E, na nossa teoria, quando retrocedemos no tempo, não acabamos em uma singularidade. Acabamos em um rebote.

Resposta: Isto é só conversa fiada, um apelo ao desconhecido. O rebote precisa resultar na condição de baixa entropia de nosso universo inicial. Vilenkin e outros mostraram que isto não pode acontecer. Assim, a começar pelo que conhecemos, retrocedemos no tempo e descobrimos que não se pode chegar aqui a partir de lá. E, mesmo que o pudéssemos, postular uma contração anterior nada faz para restaurar um universo eterno no passado.

NARRADOR: O teorema de BGV depende de princípios de relatividade. Por exemplo, sinais não podem viajar mais rapidamente do que a luz. Mas isto é problemático para a relatividade lorentziana de Craig, que permite viagem mais rápida do que a luz. E, como os autores do BGV declaram explicitamente que ele não prova ter o universo um começo, os defensores do kalam começaram a usar ainda outro teorema desenvolvido por Aron Wall.

Resposta: A narradora não pode também pôr e dispor ao mesmo tempo. Se a relatividade lorentziana é, como ela pensa, falsa, não se trata de nenhum obstáculo para o teorema de BGV. A teoria de Lorentz não implica, de modo algum, que haja partículas superluminares, tampouco a relatividade as exclui, desde que não acelerem para atingir velocidades superluminares.

35:59 ABHAY ASHTEKAR: Wall está supondo que alguma versão da segunda lei da termodinâmica seja realmente fundamental e deva ser ingrediente fundamental na série com que determinamos se haverá singularidade ou não. Não concordo com isto. Penso que realmente seja algo que emergiria em sentido aproximado no regime semiclássico.

Resposta: Caramba, por que você acha que não foram até a fonte e perguntaram a Aron Wall sobre esta questão? Eu fui perguntar. Ele me disse que, embora a sua segunda lei generalizada da termodinâmica (SLG) implique uma singularidade cosmológica inicial apenas num espaço infinito, não obstante, em espaço finito em algum tempo t no passado, “a SLG simplesmente se reduziria à segunda lei comum da termodinâmica (SLC)”. Então, “pode-se argumentar, a partir da segunda lei ‘comum’ da termodinâmica, que, com a maior probabilidade, ou (a) o universo teve um começo geométrico, ou (b) a flecha do tempo se deve ter revertido em algum momento no passado” (correspondência pessoal, 27-28 de janeiro de 2022). No segundo caso, tem-se ainda um começo do universo, uma vez que ambas as direções do tempo são orientadas para o futuro.

NARRADOR: Craig também cita um artigo de Anthony Aguirre e John Kehayias que, segundo ele alega, fecha a porta para uma era de gravidade quântica do passado eterno. Em muitos modelos, porém, a era da gravidade quântica é breve, de todo modo. E o artigo apenas se referia a um modelo particular conhecido como o universo emergente.

Resposta: Eu os citei simplesmente para mostrar que o estado quântico não pode persistir imutavelmente desde a eternidade passada e, então, produzir um novo efeito. O que ele diz abaixo confirma isto.

36:58: ANTHONY AGUIRRE: Há outras possibilidades também sobre o modo como o universo poderia estar de acordo com o teorema de Borde-Guth-Vilenkin, mas poderia, penso eu, ser realmente eterno no passado. Caso se defina um modelo de passado eterno, é possível; funciona de forma consistente por si mesmo, mas ele tem uma borda. Pode-se perguntar o que está além dessa borda, e é outra cópia do mesmo universo. Por isso, penso que, onde o debate se encontra, modelos de passado eterno existem. Penso que alguns deles são falhos, como o modelo emergente. Penso que, realmente, não se pode criar um modelo consistente por si mesmo que se sustente. Para a inflação no passado eterno ou o modelo de estado constante, penso que seja possível, mas é preciso fazê-lo com cuidado, e há aí uma resposta interessante ao que o teorema de Borde-Guth-Vilenkin está indicando. Está indicando algo muito interessante; simplesmente, não é um tempo inicial.

Resposta: Jim Sinclair já respondeu a estas propostas no seu artigo do livro citado acima, Blackwell Companion. Em suma, é mais plausível interpretar o teorema de BGV como o faz Vilenkin, a implicar um começo do universo, do que tentar salvar um universo eterno no passado, postulando-se dois universos que não interagem, num limite passado, ou uma reversão da flecha do tempo em algum ponto no passado.

NARRADOR: Assim como há teoremas que provam ter o universo um começo, há também teoremas que implicam o oposto.

37:58: JOÃO MAGUEIJO: Acho que é possível provar qualquer coisa. Teoremas são coisas muito estranhas porque se pode ter um teorema para provar qualquer coisa, desde que se assumam as coisas certas. De certa maneira, é um problema. Pode-se violar qualquer teorema, desde que se violem as suas pressuposições.

Resposta: Como é? Não se pode simplesmente sair provando qualquer coisa. As suas pressuposições devem ser críveis à luz dos indícios. O teorema de BGV repousa somente na pressuposição banal de que o universo está, em média, em expansão ao longo de sua história. Se não estiver, o teorema não se sustenta. Neste caso, porém, conforme Vilenkin diz repetidas vezes, surgem outros problemas insuperáveis.

38:13: FRANCESCA VIDOTTO: É claro que há teoremas de singularidade, mas é sempre possível interpretá-los como se dissessem que uma teoria quântica da gravidade não deva ter uma das hipóteses que você está usando para formular esse teorema.

Resposta: Está bem, traga à mesa, então, modelos de gravidade quântica, como o modelo de Hartle-Hawking ou o modelo de Vilenkin, ambos envolvendo um começo. A gravidade quântica não restaura um passado infinito. Como espero que aparecerá mais adiante, a questão será se, de acordo com estes modelos, o universo pode vir à existência do nada, como tanto Hawking quanto Vilenkin sugerem.

Aqui se encerra a discussão das provas científicas para um começo do universo, com base na expansão cósmica. Na próxima vez, veremos mais atentamente as provas da termodinâmica a favor de um começo.