Leis da Física variam ao longo do Universo?

Um dos mais queridos princípios da ciência - a constância das leis da física - pode não ser verdadeiro. Um estudo publicado na mais conceituada revista de física, a Physical Review Letters, afirma que as leis da natureza podem variar ao longo do Universo. O estudo concluiu que uma das quatro forças fundamentais, o eletromagnetismo, parece variar de um lugar para outro. O eletromagnetismo é medido por meio da chamada constante de estrutura fina, simbolizada pela letra grega alfa (α). Essa constante é uma combinação de três outras constantes: a velocidade da luz (c), a carga do elétron (e) e a constante de Planck (h), onde α = e2/hc. O resultado é cerca de 1/137, um número sem dimensão, o que a torna ainda mais fundamental do que as outras constantes, como a gravidade, a velocidade da luz ou a carga do elétron. Em termos gerais, a constante alfa mede a magnitude da força eletromagnética - em outras palavras, a intensidade das interações entre a luz e a matéria.

Agora, John Webb e seus colegas das universidades de Nova Gales do Sul e Swinburne, na Austrália, e Cambridge, no Reino Unido, mediram o valor de alfa em cerca de 300 galáxias distantes, usando dados do Very Large Telescope do ESO, no Chile. “Os resultados nos deixaram estupefatos”, disse o professor Webb. “Em uma direção, a partir de nossa localização no Universo, a constante alfa vai ficando gradualmente mais fraca, e gradualmente mais forte na direção oposta.”

Isso mostra uma espécie de “eixo preferencial” para o Universo - chamado pelos cientistas de “dipolo australiano” - de certa forma coincidente com medições anteriores que deram origem à teoria do chamado Fluxo Escuro, que indica que uma parte da matéria do nosso Universo estaria vazando por uma espécie de “ralo cósmico”, sugada por alguma estrutura de um outro universo.

“A descoberta, se confirmada, terá profundas implicações para o nosso entendimento do espaço e do tempo, e viola um dos princípios fundamentais da teoria da Relatividade Geral de Einstein”, completou Webb, referindo-se ao princípio da equivalência de Einstein.

O resultado não é uma completa surpresa: as conclusões haviam sido anunciadas pela equipe em 2010. Naquele momento, porém, o estudo ainda não havia sido publicado em uma revista revisada pelos pares - tanta demora para que outros cientistas analisassem o estudo é uma indicação bem clara do impacto que os resultados podem ter sobre todo o edifício científico estabelecido.

O Dr. Webb e seus colegas vêm trabalhando no assunto há muito mais tempo. Seus primeiros resultados vieram em 1999, mas eram baseados em um número menor de galáxias, de uma região mais restrita do céu. Uma das implicações dessas “constantes inconstantes” é que o Universo pode ser infinito.

“Essas violações são de fato esperadas por algumas ‘teorias de tudo’, que tentam unificar todas as forças fundamentais. Uma alteração suave e contínua de alfa pode implicar que o Universo seja muito maior do que a parte dele que conseguimos observar, possivelmente infinito”, propõe o Dr. Victor Flambaum, coautor do estudo.

Outra possibilidade derivada dessa variação na constante alfa é a existência de multiversos, múltiplos universos que podem, de alguma forma, “tocar-se” uns aos outros.

O professor Webb afirma que essa descoberta também pode dar uma resposta muito natural para uma questão que tem intrigado os cientistas há décadas: Por que as leis da física parecem tão bem ajustadas para a existência da vida?

“A resposta pode ser que outras regiões do Universo não são tão favoráveis à vida como nós a conhecemos, e que as leis da física que medimos em nossa parte do Universo são meramente ‘regras locais’. Nesse caso, não seria uma surpresa encontrar a vida aqui”, afirma o cientista. Isso porque basta uma pequena variação nas leis da física para que, por exemplo, as estrelas deixem de produzir carbono, o elemento básico da “vida como a conhecemos”.

Para chegar às suas conclusões, os cientistas usaram a luz de quasares muito distantes como faróis. O espectro da luz que chega até nós, vinda de cada quasar, traz consigo sinais dos átomos nas nuvens de gás que a luz atravessou em seu caminho até a Terra. Isso porque uma parte da luz é absorvida por esses átomos, em comprimentos de onda específicos que revelam a identidade desses átomos - de quais elementos eles são. Essas “assinaturas espectrais”, chamadas linhas de absorção, são então comparadas com as mesmas assinaturas encontradas em laboratório aqui na Terra para ver se a constante alfa é mesmo constante. Os resultados mostraram que não, que alfa varia ao longo de um eixo que parece atravessar o Universo, assim como um eixo magnético atravessa a Terra.

Quanto ao espanto causado pelos resultados, o Dr. Webb afirma que as chamadas leis da física não estão “escritas na pedra”. “O que nós entendemos por ‘leis da natureza’? A frase evoca um conjunto de regras divinas e imutáveis que transcenderiam o ‘aqui e agora’ para se aplicar em todos os lugares e em todos os tempos no Universo. A realidade não é tão grandiosa.

“Quando nos referimos às leis da natureza, estamos na verdade falando de um determinado conjunto de ideias que são marcantes na sua simplicidade, que parecem ser universais e que têm sido verificadas por experimentos. Portanto, somos nós, seres humanos, que declaramos que uma teoria científica é uma lei da natureza. E os seres humanos frequentemente estão errados”, escreveu ele em um artigo na revista Physics World. [O que seria do darwinismo se essa mesma conclusão fosse aplicada a ele? Mas com Darwin ninguém mexe!]

Reação muito semelhante teve um dos pesquisadores responsáveis pelo recente experimento que teria identificado neutrinos viajando a velocidades superiores à da luz, outro achado que contraria as atuais leis da física. Ao falar sobre a controvérsia e as inúmeras tentativas de dar outras explicações para os resultados, o Dr. Sergio Bertolucci afirmou que “um experimentalista tem que provar que uma medição está certa ou está errada. Se você interpretar cada nova medição com as velhas teorias, você nunca terá uma nova teoria”.

E como os cientistas poderão ter certeza de que é hora de investir em uma nova teoria? Se há variação em uma das constantes, é de se esperar que as outras constantes fundamentais também variem. Tudo o que eles terão que fazer será projetar experimentos que possam verificar variações na gravidade, na carga do elétron ou na velocidade da luz.

Fonte: Inovação Tecnológica

Nota do blog Criacionismo: Apenas uma pergunta, enquanto aguardamos novos dados e conclusões dos cientistas nessa área ainda tão nebulosa da física: Se as leis podem variar em setores diferentes do Universo, o que garante que estejam corretas nossas medições e observações da luz que vem de regiões tão distantes? Por que devo confiar na “assinatura espectral” de um quasar que pode estar numa região do cosmo regida por leis diferentes? Essas leis não poderiam alterar essa assinatura? Minhas perguntas podem não fazer sentido algum. Mesmo assim, prefiro aguardar mais pesquisas antes de abraçar a teoria do Universo eterno, que considero muito improvável e parece de molde a negar o teísmo bíblico. Enquanto isso, aproveitei para consultar uma fonte especializada, o Dr. Eduardo F. Lütz. Ele é astrofísico nuclear, lecionou Matemática, Física e Informática em várias instituições e atualmente ocupa a maior parte de seu tempo desenvolvendo tecnologias de software para a Hewlett-Packard (HP). Leia a resposta dele abaixo [MB].

“O artigo acima menciona dois bons exemplos de como conceitos filosóficos confusos estão prejudicando o entendimento que muitos físicos têm de coisas que lhes deveriam parecer até banais. Vejamos primeiro o problema dos neutrinos mais rápidos do que a luz. Segundo alguns, se confirmado, esse fenômeno violaria leis conhecidas (relatividade) e exigiria uma reformulação. Mas essa concepção é falsa. Nada há na Teoria da Relatividade que proíba partículas de viajarem mais rápido do que a luz. Tenho uma coletânea de artigos da década de 1970 mostrando isso matematicamente. De fato, a possível existência de táquions (partículas mais velozes do que a luz) foi prevista como possibilidade teórica a partir da Relatividade.

“Qual é, então, o motivo da confusão? Assim como ocorre entre biólogos, circulam entre os físicos algumas falácias que tendem a ser aceitas como verdade. Uma delas é um argumento falacioso que conclui que é impossível transmitir um sinal contendo informação que possa viajar mais rápido do que a luz. A ideia básica é a seguinte:

“1. Consideremos dois eventos A e B que ocorrem a certa distância um do outro e que ocorrem simultaneamente na perspectiva de algum observador. Pode-se demonstrar que existem observadores para os quais A ocorre antes de B e também observadores para os quais B ocorre antes de A. A simultaneidade não é absoluta (tudo isso é verdade).

“2. Se um sinal viaja do ponto P1 até o ponto P2 mais rápido do que a luz, então, para algum observador, o sinal chega a P2 antes de ter saído de P1 (verdade).

“3. Se o sinal for refletido em P2 e retornar a P1 mais rápido do que a luz, então, para algum observador, o sinal chegará a P1 antes de ter sido refletido em P2 (verdade).

“4. Portanto, para algum observador, o sinal refletido chega a P1 antes de haver sido emitido, de forma que o emissor, ao receber o sinal antes de emiti-lo, pode decidir não o fazer, o que geraria uma contradição (muitos erros neste item). Portanto, nenhuma partícula capaz de carregar informação pode viajar mais rápido do que a luz (falso).

“A argumentação falaciosa está em 4. O certo é que, segundo a Relatividade, todos os observadores concordarão que o sinal voltará a P1 depois de ter partido, mesmo viajando mais rápido do que a luz. A falácia consiste em imaginar que existe um observador que percebe tanto o fenômeno 2 quanto o 3, o que não é verdade.

“Essa falácia pode ser encontrada em livros-texto de Relatividade. Porém, basta ao estudante utilizar os métodos matemáticos descritos nesses mesmos livros para perceber a falácia. Essa é uma das boas razões para usarmos cuidadosamente métodos matemáticos para conferir a consistência de ideias. E é uma das razões pelas quais teorias que não apresentam uma estrutura matemática explícita jamais deveriam ser consideradas científicas, pois teorias não formais contêm um excesso de esconderijos possíveis para falácias. Teorias realmente científicas podem ser mais facilmente depuradas por qualquer pessoa com suficiente conhecimento.

“O que então precisa ser reformulado se for confirmado que os neutrinos realmente viajam mais rápido do que a luz? Somente o conhecimento (ou a falta dele) que alguns físicos possuem sobre conceitos básicos de Física.

“Vejamos o segundo problema. Encontraram-se evidências de que a ‘constante’ de estrutura fina não é constante, parecendo ter valores ligeiramente diferentes em diferentes pontos do Universo (ok). Portanto, as leis físicas não são as mesmas em toda parte (falso). Uma das cadeiras que lecionei foi Equações Diferenciais. Se algum dos meus alunos dissesse uma coisa dessas no fim do semestre, estaria correndo sério risco de reprovação, pois estaria confuso a respeito de conceitos elementares. Felizmente, não tive caso algum assim. Admira-me ver físicos ‘adultos’ com esse tipo de ideia.

“Vou tentar esclarecer com um exemplo. Imaginemos uma corda de violão. Queremos estudar a propagação de ondas nessa corda. Usamos dois conjuntos de informações para isso: (1) a lei de propagação de ondas (algo universal, independente da corda); (2) informações específicas sobre a corda: densidade, tensão...; e também condições de contorno e condições iniciais.

“Suponhamos que, para calcular a densidade, tenhamos medido a massa da corda e seu comprimento e calculado a razão dessas duas medidas. Usamos agora os dados para que a lei que rege as ondas nos forneça detalhes sobre o comportamento da corda a partir do instante inicial. Nesse momento, temos um modelo matemático do comportamento da corda. A lei que rege a propagação de ondas é representada por uma equação diferencial. Parâmetros como a densidade e a tensão da corda definem o valor de um coeficiente que aparece nessa equação.

“O que acontece se descobrirmos que a corda não é homogênea, mas que sua densidade varia ligeiramente ao longo do seu comprimento? Isso nos mostraria que o modelo que estávamos usando (lei + constantes) precisaria de uma reformulação para ficar mais preciso (era uma boa aproximação antes, mas pode melhorar).

“Por outro lado, se alguém disser que a lei que rege as ondas varia ao longo da corda, estará dizendo um disparate, pois a lei básica continua sendo exatamente a mesma (mesma equação diferencial), mas os detalhes sobre a corda precisam ser revistos. Em particular, um coeficiente que aparece na equação deixa de ser constante neste exemplo e passa a ser uma função da posição. O resultado pode ser entendido como uma nova equação diferencial regendo a corda, mas a equação básica que a gerou permanece a mesma.

“O mesmo se dá com variações de ‘constantes’. As leis básicas continuam exatamente as mesmas, porém, mais detalhes sobre a estrutura do Universo vão sendo descobertos aos poucos, o que afeta a forma como aplicamos as leis ao sistema para entendê-lo.

“Além disso, a humanidade ainda não conhece em profundidade todas as leis físicas, mas já teria condições de saber o suficiente sobre algumas delas para não confundir grandezas com leis.

“Dizendo isso de outra maneira, o conhecimento atual da humanidade em termos de Física ainda é bastante limitado, porém, é muito mais confiável do que parece diante da confusão filosófica que parece dominar a mente de muitos físicos.”