Quando olhamos para o céu noturno através de grandes distâncias cósmicas, olhamos para trás no tempo. Albert Einstein ensinou-nos que a luz tem uma velocidade finita; portanto, a luz leva mais tempo a viajar até nós quanto mais longe se olha.
Graças a isto, os cosmólogos visto a luz datar de há cerca de 14 mil milhões de anos. Esta luz revela algo espetacular e misterioso – o Universo está cheio de um mar de energia, ondas de eletrões e fotões sob a forma de um fluido quente, conhecido como plasma. Chamamos a este plasma o Fundo Cósmico de Microondas (CMB).
Os cosmólogos têm provas teóricas e observacionais precisas de que este plasma sofreu um colapso gravitacional com a ajuda de uma forma invisível de matéria, chamada matéria escura, formando as primeiras estrelas e eventualmente formando a super-estrutura organizada que habita o Universo atual.
As propriedades deste mar de energia parecem ter origem no que Einstein chamou de “ação assustadora à distância” – objetos que comunicam entre si a velocidades instantâneas através de distâncias ridiculamente grandes. Isto é conhecido como o problema do horizonte, relatou a Science Focus.
Em 1981, Alan Guth do MIT, propôs uma solução para esse problema. A ideia era introduzir um novo jogador, chamado campo de inflação, que enchia o Universo, e cuja energia provocava uma expansão extremamente rápida do espaço. A repulsa que surge devido aos efeitos gravitacionais causados pela inflação resolve de forma clara o problema do horizonte – sujeita as regiões que pensávamos estar a interagir às leis da física quântica.
A teoria da inflação cósmica também proporcionou-nos um mecanismo físico que responde a uma questão que há muito preocupava os cosmólogos: como é que as sementes da estrutura tiveram origem num Universo primordial, aparentemente sem características, há mais de 14 mil milhões de anos?
De acordo com a teoria, foram as minúsculas vibrações quânticas do campo de inflação que atuaram como as sementes das vibrações que hoje vemos no CMB. Isto significa que a vasta distribuição de galáxias que se estende por biliões de quilómetros de espaço surgiu de flutuações quânticas subatómicas microscópicas que ocorreram nas primeiras fases do Universo.
Qual é, então, a ligação entre as coisas maiores e menores do Universo?
A inflação cósmica dá-nos uma pista sobre isto, mas dois mistérios não resolvidos e aparentemente não relacionados permanecem. Primeiro, não sabemos a origem e identidade deste campo de inflação. Tudo o que sabemos é que se comporta como um tipo particular de campo, conhecido como campo escalar, e que permeia as maiores distâncias imagináveis.
Outro problema grave para a inflação é que as flutuações quânticas que nos dão à luz podem crescer sem estar ligadas pelo infinito. E isso coloca um problema: alguns teóricos gostariam de se livrar da água do banho do infinito e manter o bebé de estrutura cósmica. Estas contradições, chamadas de “instabilidades”, têm-se revelado difíceis de conciliar ao longo das últimas duas décadas.
Um outro mistério, que reina no domínio microscópico, dizia respeito à origem da massa encontrada em todos os eletrões e núcleos do nosso planeta. Nos anos 60, Peter Higgs, Tom Kibble, François Englert, Robert Brout, Carl Richard Hagen e Gerry Guralnik previram que uma partícula misteriosa, agora chamada de bosão de Higgs, e o seu correspondente campo de energia que permeia o Universo, poderia interagir com a matéria sem massa e dar-lhe o seu peso.
Esta partícula depois detetada no Large Hadron Collider no CERN, em 2012, e um Prémio Nobel foi atribuído a Peter Higgs e François Englert um ano mais tarde.
Mas apesar destes sucessos, existe um problema com o bosão de Higgs – partilha uma instabilidade semelhante com a inflação, desta vez nas flutuações muito quânticas que nos dão a nossa massa.
Nos últimos anos, o físico Mikhail Shaphnikov tem referido que talvez o microscópico bosão de Higgs pudesse estar por trás da inflação omnisciente e primordial. Mas como é que se concilia este quadro de micro e macro?
A chave é perceber que o bosão de Higgs é fundamentalmente um campo e uma partícula que, como um fluído, pode permear todo o espaço. São as vibrações ondulatórias dos campos de Higgs que se organizam em flutuações quânticas microscópicas e localizadas que são identificadas como a partícula de Higgs.
Então, poderia o campo de Higgs ter permeado o Universo primitivo e dado origem ao fenómeno da inflação cósmica? Se esta ideia estiver correcta, representaria uma unificação cósmico-microscópica de cortar a respiração.
Contudo, há um elefante na sala que continua a atormentar ambas as ideias. Estas dependem de flutuações quânticas para criar uma estrutura cósmica e dotá-la de massa, respetivamente. O problema é que estes mesmos efeitos quânticos acabam por tornar as teorias problemáticas, gerando infinitos em quantidades que medimos para serem finitas.
Por enquanto, a solução continua a ser esquiva.
