sexta-feira, 5 de setembro de 2014

O Universo teve um começo? #8 - Modelos de evolução cíclica e o universo emergente

Há tres novas tentativas de driblar o inicio do universo. Cosmólogos Sean Carroll/Jennifer Chen e Anthony Aguire/Steven Gratton trabalharam em um modelo de evolução cíclico. Outro cenário mais atual que será visto é o universo emergente.

O Modelo de evolução cíclico

Modelo de Sean Carrol e Jennifer Chen

Esse modelo reverte a flecha do tempo na fronteira do tempo-espaço. Nesse modelo, a condição total do universo é um estado de equilíbrio termodinâmico, mas flutuações aleatórias fazem “universos bebês” surgirem do “universo mãe”, e depois se tornam universos independentes. Nós simplesmente somos mais um desses universos bebês (algo como a proposta de Hawking só que com outro mecanismo).
Esse modelo pressupõe uma visão de tempo reducionista, onde a direção que o tempo toma é definida pelo crescimento da entropia. Nesse modelo, há duas flechas do tempo no “universo mãe”, cada uma apontando para direções opostas. Se traçarmos essas flechas do tempo de volta, nós não temos um “universo mãe” eterno, mas sim dois universos que saem da mesma origem.
Outro problema é o mecanismo para os “universos bebês”. O modelo usa o mecanismo Farhi-Guth-Guven (FGG), mas, de acordo com Christopher Weaver, “a nucleação FGG vinda a partir do espaço-tempo de Sitter é meramente especulativo e a discussão de Carroll dele deveria ser pensada como exploratória [...] é seguro concluir portanto que uma peça central do modelo esta faltando, e então o modelo Carroll-Chen é incompleto em que ele não tem um caminho dinâmico claro desde o fundo [espaço-tempo] ao nascimento de universos como o nosso.” [1]

Esse mecanismo não funciona em um universo descrito pelo Teorema Borde-Guth-Vilenkin.
Outro problema é que nesse modelo, não há solução para o problema dos cérebros de Boltzmann. Já que esses “universos bebês” vem de um “universo mãe” que é um espaço de Sitter, e esses “universos bebes” vem a partir dele, não há explicação para a baixa entropia ao invés da mera aparência de um mundo assim.

Modelo Aguirre-Gratton

Esse também reverte a flecha do tempo, assim, ele tem o mesmo problema do Carroll-Chen. Como James Sinclair colocou, “se você fizer isso, então o universo do outro lado da fronteira de forma alguma representa um passado o qual nosso universo evoluiu” [2].
Quando esses modelos contraem, eles chegam a um mínimo de entropia, então eles “saltam” e voltam a se expandir. O modelo Aguirre-Gratton não tem inicio em um sentido geométrico, mas tem em um sentido termodinâmico. Como Aron Wall disse:

“Esse tipo de salto consegue evadir tanto a singularidade quanto a as restrições da flecha termodinâmica, mas ainda assim tem um ‘inicio’ no tempo termodinâmico no momento de menor entropia. Quer dizer, tanto o passado quanto o futuro seriam explicados em termos de baixa entropia em t0 [tempo igual a zero], enquanto o estado em t0 não teria explicação em termos de nada para o futuro ou o passado (então o momento t0 parece levantar os mesmos tipos de questões filosóficas que qualquer outro tipo de inicio no tempo levantaria).” [3]

Universo Emergente

Nesse modelo, o universo se mantém estático, como um “ovo cósmico” quântico, então ele evolui para um universo em expansão.
O primeiro problema é: por que o universo que viveu pela eternidade evoluiu do nada?
Um possível mecanismo é o de algo que funcionasse como um pavio, que vem de -Infinito e então “estoura”.
Mas o grande problema é quanto a mecânica quântica, que é extremamente instável na fase de “ovo cósmico”. Como Anthony Aguirre e John Kehayias dizem:

“É muito difícil imaginar um sistema – especialmente um quântico – que não faz nada ‘para sempre’, e então evolui. Um verdadeiro estado quântico estacionário ou periódico, que durasse para sempre, nunca iria evoluir, enquanto um com qualquer instabilidade não durará por tempo indeterminado” [4]

Conclusão

No próximo texto da serie, falarei do modelo sem fronteiras de James Hartle e Stephen Hawking. E provavelmente será o ultimo dessa serie.

Fontes

[1] – Christopher Gregory Weaver, “On the Carroll-Chen Model", http://arxiv.org/abs/1309.4976 , p. 11
[2] – Reasonable Faith, “Q&A #198- Current Cosmology and the beginning of the universe”, http://www.reasonablefaith.org/current-cosmology-and-the-beginning-of-the-universe
[3] – Aron Wall, "The Generalized Second Law implies a Quantum
Singularity Theorem", http://arxiv.org/abs/1010.5513 , p. 39
[4] – Anthony Aguirre e John Kehayias, “Quantum Instability of the Emergent Universe”, http://arxiv.org/abs/1306.3232 , p. 5

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