Muitos físicos argumentam que o universo está ajustado para a vida – as nossas descobertas questionam esta ideia

Os físicos há muito que se debatem com a questão de saber porque é que o Universo foi capaz de apoiar a evolução da vida inteligente. Os valores das muitas forças e partículas, representadas por cerca de 30 chamadas constantes fundamentais, parecem estar todos alinhados perfeitamente para permitir isso.

Considere a gravidade. Se fosse muito mais fraco, a matéria lutaria para se agrupar e formar estrelas, planetas e seres vivos. E se fosse mais forte, também criaria problemas. Por que temos tanta sorte?

Uma pesquisa que publiquei recentemente com os meus colegas John Peacock e Lucas Lombriser sugere agora que o nosso universo pode não estar adaptado de forma ideal para a vida. Na verdade, podemos não estar habitando o universo mais provável possível.

Estudamos particularmente como o surgimento de vida inteligente é afetado pela densidade da “energia escura” no universo. Isto se manifesta como uma força misteriosa que acelera a expansão do universo, mas não sabemos o que é.

A boa notícia é que ainda podemos medi-lo. A má notícia é que o valor observado é bem menor do que esperaríamos da teoria. Este quebra-cabeça é uma das maiores questões em aberto na cosmologia e foi a principal motivação para a nossa pesquisa.

Raciocínio antrópico

Testámos se o “raciocínio antrópico” pode oferecer uma resposta adequada. O raciocínio antrópico é a ideia de que podemos inferir propriedades do nosso universo a partir do fato de que nós, humanos, existimos. No final dos anos 80, o ganhador do Nobel de física Steven Weinberg discutiu uma possível solução antrópica para o valor observado da densidade da energia escura.

Weinberg argumentou que uma maior densidade de energia escura aceleraria a expansão do universo. Isso neutralizaria o esforço da gravidade para agrupar a matéria e formar galáxias. Menos galáxias significa menos estrelas no universo. As estrelas são essenciais para o surgimento da vida como a conhecemos, portanto, muita energia escura suprimiria as chances de surgimento de vida inteligente, como a dos humanos.

Weinberg considerou então um “multiverso” de diferentes universos possíveis, cada um com um conteúdo diferente de energia escura. Tal cenário decorre de algumas teorias da inflação cósmica, um período de expansão acelerada que ocorre no início da história do universo.

Weinberg propôs que apenas uma pequena fração dos universos dentro do multiverso, sejam eles reais ou hipotéticos, teria uma densidade de energia escura suficientemente pequena para permitir o aparecimento de galáxias, estrelas e, em última análise, vida inteligente. Isto explicaria porque observamos uma pequena densidade de energia escura – apesar das nossas teorias sugerirem que deveria ser muito maior – simplesmente não poderíamos existir de outra forma.

Uma armadilha potencial no raciocínio de Weinberg é a suposição de que a fração de matéria no universo que vai parar nas galáxias é proporcional ao número de estrelas formadas. Cerca de 35 anos depois, sabemos que não é assim tão simples. A nossa investigação teve então como objectivo testar o argumento antrópico de Weinberg com um modelo de formação estelar mais realista.

Contando estrelas

Nosso objetivo era determinar o número de estrelas formadas ao longo de toda a história de um universo com uma determinada densidade de energia escura. Isso se resume a um exercício de contagem.

Primeiro, escolhemos uma densidade de energia escura entre zero e 100.000 vezes o valor observado. Dependendo da quantidade, a gravidade pode manter a matéria unida com mais ou menos facilidade, determinando como as galáxias podem se formar.

Em seguida, estimamos a quantidade anual de estrelas formadas nas galáxias ao longo do tempo. Isto resultou do equilíbrio entre a quantidade de gás frio que pode alimentar a formação de estrelas e a ação oposta dos fluxos galácticos que aquecem e empurram o gás para fora das galáxias.

Determinamos então a fração de matéria comum que foi convertida em estrelas durante toda a vida (passada e futura) de um determinado modelo de universo. Este número expressava a eficiência daquele universo na produção de estrelas.

Assumimos então que a probabilidade de geração de vida inteligente num universo é proporcional à sua eficiência de formação estelar. Como mostra a figura acima, isto sugere que o universo mais hospitaleiro contém cerca de um décimo da densidade de energia escura observada no nosso universo.

Nosso universo não está, portanto, muito longe do mais favorável possível para a vida. Mas também não é o mais ideal.

Mas para validar o raciocínio antrópico de Weinberg, deveríamos imaginar escolher uma forma de vida inteligente aleatória no multiverso e perguntar-lhes que densidade de energia escura observam.

Descobrimos que 99,5% deles experimentariam uma densidade de energia escura maior do que a observada em nosso universo. Em outras palavras, parece que habitamos um universo raro e incomum dentro do multiverso.

Isto não contradiz o facto de que universos com mais energia escura suprimiriam a formação de estrelas, reduzindo assim as hipóteses de formação de vida inteligente.

Por analogia, suponha que queiramos separar 300 bolinhas de gude em 100 caixas. Cada caixa representa um universo e cada bolinha de gude um observador inteligente. Vamos colocar 100 bolinhas de gude na caixa número um, quatro na caixa número dois e depois duas bolinhas de gude em todas as outras caixas. Claramente, a primeira caixa contém o maior número de bolinhas de gude. Mas se escolhermos aleatoriamente uma bola de gude de todas as caixas, é mais provável que ela venha de uma caixa diferente da número um.

Da mesma forma, universos com pouca energia escura são individualmente mais hospitaleiros para a vida. Mas a vida, embora mais improvável, ainda pode surgir em muitos universos possíveis com energia escura abundante – ainda haverá algumas estrelas neles. O nosso cálculo conclui que a maioria dos observadores entre todos os universos experimentará uma densidade de energia escura mais elevada do que a medida no nosso universo.

Além disso, descobrimos que o observador mais típico mediria um valor cerca de 500 vezes maior do que no nosso universo.

Onde isso nos deixa?

Em conclusão, os nossos resultados desafiam o argumento antrópico de que a nossa existência explica porque temos um valor tão baixo de energia escura. Poderíamos ter nos encontrado mais facilmente em um universo com maior densidade de energia escura.

O raciocínio antrópico ainda pode ser recuperado se adotarmos modelos de multiversos mais complexos. Por exemplo, poderíamos permitir que a quantidade de energia escura e de matéria comum variasse entre diferentes universos. Talvez, a redução da geração de vida inteligente devido a uma maior densidade de energia escura possa ser compensada por uma maior densidade de matéria comum.

De qualquer forma, as nossas descobertas alertam-nos contra uma aplicação simplista dos argumentos antrópicos. Isso torna o problema da energia escura ainda mais difícil de enfrentar.

O que nós, cosmólogos, deveríamos fazer agora? Arregace as mangas e pense mais. Só o tempo dirá como resolveremos o quebra-cabeça. Seja como for, tenho certeza de que será incrivelmente emocionante.