PASSOS RUMO À TERCEIRA QUANTIZAÇÃO



Ao ter sua essência na união do tempo e do espaço, a matéria traz o selo de ambos.

(ArthurSchopenhauer)

O objetivo deste trabalho é contribuir, no campo das idéias, para uma visão mais unificada da natureza.

Começaremos a nossa explanação com uma questão apresentada pelos físicos Carlos Pinheiro (UFES) e Gentil O. Pires (UFRJ), em 1996:

"Resta-nos perguntar o seguinte: é a gravitação uma teoria quantizável? Ou será ela uma teoria realmente métrica, alheia completamente aos apelos da Mecânica Quântica? Ou ainda, será que devemos alterar a Mecânica Quântica, como insinua R. Penrose em seu livro "A mente nova do Rei", para que se possa realmente incorporar a gravitação de Einstein no seio de uma Teoria de Gauge e, portanto, obter a tão sonhada e desejada Teoria da Gravitação Quântica, consistente com as demais teorias propostas para as interações fundamentais e em perfeita harmonia com a Relatividade Geral?"

Bom, segundo nossa visão, precisamos fazer algumas mudanças nas duas teorias. Vejamos: o físico inglês, Peter Higgs, há quarenta anos, postulou a existência da chamada "Partícula de Deus" (Bóson de Higgs), sem a qual a teoria física básica - o modelo padrão - carece de um elemento crucial, porque não explica como outras partículas subatômicas, a exemplo de quarks e elétrons, têm massa. Ora, querer descobrir partícula tão essencial antes da confirmação empírica de outras, supostamente menos importantes, assemelha-se, guardadas as diferenças, a querer descobrir o neutrino antes do elétron.

A partícula chamada Bóson de Higgs é de fato o quantum de um dos componentes de um campo de Higgs. Como o campo de Higgs é um campo escalar, o bóson de Higgs possui spin zero. Isto significa que essa partícula não tem nenhum momentum angular intrínseco e que uma coleção de bósons de Higgs satisfaz as estatísticas de Bose-Einstein. O modelo padrão não prediz o valor exato da massa do bóson de Higgs nem, tampouco, foi medida experimentalmente. Espera-se, entre os físicos, que o "O Grande Colisor de Hádrons (LHC)", atualmente em construção no CERN, confirme ou negue a existência do bóson de Higgs. A partícula que será confirmada, da forma que suponho, possibilitará as alterações necessárias, como veremos adiante.

Mas, antes dessa questão, temos o problema do gráviton. Na teoria clássica do campo gravitacional descrita pela Relatividade Geral, a métrica desempenha um papel crucial. Para que possamos construir um modelo no qual a gravitação funcione como um campo de Gauge, semelhante, portanto, ao eletromagnetismo, ela terá que ser mediada por um "quantum", ou seja, a dinâmica não residirá mais na geometria do espaço-tempo, mas sim num campo que seja capaz de criar e destruir partículas do tipo grávitons. Segundo Steven Weinberg, a troca desses grávitons produzirá os mesmos efeitos gravitacionais previstos pela Relatividade Geral. Porém, tal partícula mediadora hipotética - o gráviton - não foi ainda detectada.

Tendo feito essas considerações, formularemos duas proposituras que implicarão em mudanças nas teorias em pauta:

1ª propositura: A partícula que será confirmada pelo LHC será outra e terá massa nula. Como já está implícito que tal partícula possui spin zero, na verdade acreditamos tratar-se de um gráviton. Defendemos a tese, também defendida pelo físico Mário Novello, de que o gráviton com spin de valor 2 na verdade possui massa muito pequena, mas não nula. Num seminário no auditório do IAG (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas) da USP, Mário Novello, ao final da apresentação, disse: "Então, para terminar, como eu sei que os astrônomos gostam mesmo de números, vou deixar um número para vocês: dez elevado a cento e vinte". Esse número gigantesco, de acordo com Novello, representa a coisa que existe em maior quantidade em todo o Universo: grávitons. Ao atribuir esse número ao gráviton, Novello propôs uma solução para um mistério que um dos grandes físicos da modernidade, o Prêmio Nobel norte-americano Steven Weinberg, da Universidade do Texas, chamou de "quebra-cabeça da constante cosmológica", tendo Novello feito a ligação desse número à hipótese dos grávitons com massa. O que dificultou a constatação desse fato foi um erro duplo (ou acerto?) cometido por Einstein quando, ao constatar, em 1916, que suas equações previam uma expansão ou uma contração do universo (que era correto), introduziu, em 1917, mais um parâmetro na sua equação, "lambda", também chamado de constante cosmológica, para adequar as equações a sua visão de universo estático. Em 1929, quando o astrônomo americano Edwin Hubble descobriu, por observação, que as galáxias estavam todas se afastando umas das outras, a grande velocidade, Einstein repudiou a alteração que tinha feito em 1917 (segundo erro?). Só que, hoje, esse mesmo "lambda" é usado para explicar a energia escura - misteriosa força que faz com que o Universo esteja se expandindo em ritmo acelerado e, segundo Novello, lambda pode muito bem representar o valor da massa do gráviton. Posto isso, temos agora dois grávitons: o primeiro (gráviton1), com spin de valor 2, mas com pequena massa, e o segundo (gráviton2), com spin zero e massa nula.

2ª propositura: Em função da introdução do gráviton de spin zero, teremos que promover alterações, também, na Teoria da Relatividade. Teremos que introduzir uma componente escalar nas equações de campo de Einstein, tendo em vista que o novo gráviton possui spin zero e, portanto, produtor de um campo escalar. Assim, a Teoria da Relatividade passaria a possuir duas componentes: o gráviton1 dando suporte à parte tensorial do campo e o gráviton2 dando suporte à parte escalar. Tendo em vista que a parte tensorial é agora suportada por um gráviton com pequena massa (prevista por Novello), o seu alcance seria limitado, não podendo ser aplicada ao universo inteiro. A parte que podemos aplicar a todo universo é a parte escalar, que obrigaria, necessariamente, um gráviton sem massa, característica do gráviton2.

Claro está, portanto, que a teoria ora apresentada depende da comprovação, de um lado, da existência do gráviton2, que possui massa nula e, de outro, que o gráviton1 possui pequena massa. Porém, a confirmação do Bóson de Higgs não implica na inexistência do gráviton2. Passaremos, agora, a discorrer sobre o nosso modelo cosmológico.

A Teoria da Relatividade Geral está na base do modelo cosmológico hoje dominante conhecido como "modelo padrão", ou, mais popularmente, "Teoria do Big-Bang". Ela introduziu a concepção revolucionária de uma relação, essencialmente simétrica, entre o espaço-tempo e a matéria-energia, ou seja, a presença da matéria-energia determina uma curvatura do espaço-tempo, e esta, por sua vez, determina o movimento dessa matéria-energia. A singularidade que está associada ao Big Bang é uma conseqüência direta da entidade estática, fechada em si mesma, na qual se constitui a cosmologia einsteiniana. Assim, como já foi dito, a relatividade geral, herdeira da teoria newtoniana, não confere sentido à irreversibilidade e nem explica a enorme produção de entropia que marcou o nascimento de nosso Universo. Dessa forma, o nosso modelo incluirá algumas teses defendidas por Ilya Prigogine e Isabelle Stengers em seu livro "Entre o Tempo e a Eternidade", com certas modificações. A singularidade inicial do modelo-padrão é substituída por uma instabilidade criadora, simultaneamente, da matéria e da entropia de nosso Universo. Portanto, o Universo é o produto de uma quebra de simetria entre o "espaço-tempo" e a "matéria-energia". Não é necessário tratar a energia separadamente das partículas, já que a teoria quântica ensina-nos que a luz é constituída por partículas de massa nula e carga elétrica nula conhecidas por fótons. A mudança que introduzimos em nosso modelo é que, também, não precisamos tratar separadamente o espaço-tempo e a matéria-energia, o que implica que a natureza do espaço-tempo é a mesma da matéria-energia. Nesse ponto, precisamos fazer algumas considerações para darmos continuidade à nossa cosmologia. Como no início, colocaremos mais um questionamento algures formulado:

"Existem, de fato, algumas entidades elementares que sejam realmente partículas e outras que sejam realmente excitações de campo (quanta)?"

Se defendermos a divisão entre partículas genuínas e quanta de campo, poderemos distinguir matéria fermiônica feita de partículas e campos de força bosônicos. Porém, poderemos levantar algumas dúvidas, tendo em vista que os férmions podem mediar interações entre bósons. Assim, de certa forma, os férmions estão conectados com força.

No nosso modelo, rejeitamos qualquer distinção de natureza entre partículas genuínas e quanta de campo. Portanto, a nosso ver, não existe qualquer dualidade onda-partícula, mas apenas dualidade de modelos. A respeito disso, fala-se muito da chamada "segunda quantização", quando se estende a Teoria Quântica dos Campos para tudo e não apenas para o eletromagnetismo. Ora, um campo quântico não é uma função de onda quantizada. Exemplo: o campo de Maxwell, obviamente, não é a função de onda do fóton. Em uma teoria relativista, a função de onda é um funcional dos campos e não uma função das coordenadas da partícula. Em nosso modelo, consideramos os campos quânticos como os ingredientes básicos do Universo e todos os observáveis são construídos a partir deles, mesmo que os campos não sejam necessariamente mensuráveis. As partículas (de matéria ou força) são apenas excitações dos campos quânticos ou pacotes de energia que surgem a partir desses campos.

Diante disso, em nosso modelo, o chamado espaço-tempo é o próprio campo gravitacional, que existe independentemente de matéria (possui curvatura intrínseca), sendo que as supostas partículas que surgem apenas reforçam localmente (Teoria de Einstein) o campo primário que as criou. Parafraseando os autores acima mencionados, o Universo puramente geométrico representa um estado que a criação entrópica da matéria destruiu. O que marca a diferença entre um Universo "vazio" e nosso Universo "material" não é a energia e sim a entropia. Portanto, temos que ir em direção não ao infinitamente pequeno, e sim em direção ao infinitamente quente para descobrirmos o que existia nos primeiros instantes do Universo. A nosso ver, apenas fótons. Senão, vejamos: a existência de antipartículas é conseqüência matemática direta dos princípios da mecânica quântica e da teoria da relatividade restrita. Segundo Steven Weinberg (Os Três Primeiros Minutos do Universo), qualquer gênero de par partícula-antipartícula é sempre possível ser criado a partir da colisão de um par de fótons, a depender da energia envolvida, dada pelo produto da temperatura de radiação pela constante de Boltzmann. O nosso modelo, então, se coaduna com as exigências teóricas: a criação de matéria e antimatéria na mesma proporção provém do choque entre fótons. O início do Universo é, dessa forma, com luz e som, como previsto por Ramana Maharishi (sábio e filósofo hindu): luz dos fótons e som do ruído de fundo em microondas a 3ºK. A chamada "explosão inicial" foi, assim, produzida pelo choque entre esses fótons a uma temperatura e densidade muito grandes, cuja explosão ocorreu simultaneamente em toda a parte, enchendo o espaço inteiro desde o início e não a partir de um centro definido, como afirma Steven Weinberg (Os Três Primeiros Minutos do Universo). Portanto, estamos fazendo da origem do Universo um verdadeiro objeto de ciência, diferentemente do "Big Bang", que escapa a nossas teorias físicas. À medida que a explosão prosseguia, a temperatura baixava em função da expansão, reduzindo gradativamente a energia envolvida nos choques e criando, conseqüentemente, todos os pares de partícula-antipartícula conhecidos. A idéia do nascimento do Universo está associada, então, a uma flutuação quântica espontânea do "vazio", causadora de uma instabilidade criadora, simultaneamente, de partículas (fótons) e de entropia. Durante essa fase criadora, a densidade a princípio aumenta até atingir um valor de regime, quando o universo entra em expansão do tipo exponencial de densidade constante (fase inflacionária "de sitteriana"), seguido da fase de expansão adiabática descrita pelo modelo-padrão. Dito de outra forma, no nascimento do universo a energia do campo gravitacional diminui (tornando-se mais negativa) "irradiando" fótons (energia positiva), tendo como conseqüência uma maior curvatura do espaço-tempo. A suposta singularidade não é mais necessária, e sim a instabilidade de um Universo essencialmente vazio (estado "excitado"), cujo espaço-tempo se curva irradiando fótons. Algo parecido com o átomo "excitado", que também emite fótons. Para terminar esta parte, diríamos que tanto o campo gravitacional quanto a matéria (excitação desse campo) possuem uma propriedade em comum quando excitados: irradiar fótons.

Outra questão não resolvida pelo modelo-padrão é o enigma da anti-matéria. Seguindo vários raciocínios, Steven Weinberg e outros teóricos concluíram que o Universo deveria conter igual quantidade de matéria e anti-matéria, e que, após a temperatura ter atingido certo valor, o Universo estaria dividido em domínios de matéria pura ou de anti-matéria pura. Então, surge a pergunta: por que ninguém observa uma quantidade apreciável de anti-matéria em nenhuma parte do Universo? Segundo hipótese, com a qual corroboramos, de Pedro Lívio Sande Vieira, engenheiro eletricista pela Universidade Federal da Bahia (UFBA), isso se deve a um fato muito simples: quase toda a anti-matéria, hoje existente, encontra-se na forma de buracos negros e, assim, não a vemos. É certo que a anti-matéria jamais poderia estar espalhada junto com a matéria, pois, se assim o fosse, não haveria universo material. Portanto, ela deve, obrigatoriamente, estar concentrada e, segundo esse postulado, na forma de buracos negros, verdadeiros elementos de coesão universal.

Luiz Humberto Sande Vieira

Ex-estudante (UFBA) e estudioso de Física


Autor: Luiz Vieira


Artigos Relacionados


A Matéria Modulada

Poluição Atmosférica

O Ciclo Do Nitrogênio E A Camada De Ozônio

PredicaÇÃo Verbal E CausativizaÇÃo Na LÍngua Ka’apor

As Pontuais Mudanças Trazidas Pela Lei 11.689/08 = Júri

O Salmo 23 Explicitado

Educação Física E Qualidade De Vida