Multiverso: Um oceano de bolhas de espaço-tempo em expansão

Um universo entre muitos

O conceito de multiverso vem da cosmologia inflacionária. Neste quadro, nosso Universo observável pode ser apenas uma bolha de espaço-tempo em expansão entre muitas, nascida de um campo quântico primordial. Esta ideia decorre do trabalho dos físicos Alan Guth (1947-) e Andrei Linde (1948-), que propuseram que a inflação cósmica nunca termina completamente, produzindo continuamente novas bolhas de universos.

Nota:
O campo inflacionário é uma forma especial de energia proposta para explicar por que o Universo se expandiu tão rapidamente logo após seu nascimento. Este campo, também chamado de campo escalar, preencheu todo o espaço no início do tempo. Sua energia exerceu pressão negativa, fazendo o Universo inflar como uma bolha em velocidade enorme. Quando essa energia se transformou em partículas e radiação, a inflação terminou e começou o Big Bang quente, dando origem à matéria e às galáxias.

Gênese das bolhas no vácuo quântico

Nos primeiros instantes, o Universo passou por uma fase de expansão exponencial. As flutuações do vácuo quântico, amplificadas por essa inflação, criaram regiões onde o campo de energia se estabilizou localmente, formando bolhas de universo. Cada uma deixa de inflar localmente e se torna um universo distinto com sua própria densidade de energia, geometria e constantes físicas.

O decaimento do campo inflaton liberou energia que aqueceu nosso cosmos, desencadeando um Big Bang local. Enquanto isso, outras regiões continuam a inflar além de nosso horizonte causal. Esse processo de inflação eterna produz um espaço global cheio de bolhas de universos em expansão contínua.

Expansão descrita pela métrica de Friedmann

O crescimento de nosso Universo pode ser descrito por um modelo matemático chamado Métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker. Ele mostra como o próprio espaço se estica com o tempo. O fator de escala \(a(t)\) indica o tamanho relativo do Universo em um dado momento: quanto maior \(a(t)\), mais o Universo se expande.

A equação principal é:

\(\left( \frac{\dot{a}}{a} \right)^2 = \frac{8 \pi G}{3} \rho - \frac{k c^2}{a^2} + \frac{\Lambda c^2}{3}\)

Aqui \(\rho\) representa a densidade de energia (matéria, radiação…), \(k\) descreve a curvatura do espaço e \(\Lambda\) é a constante cosmológica. A velocidade de expansão do Universo depende de sua matéria, forma e energia do vácuo. Esse modelo permite compreender tanto a expansão atual quanto a fase rápida de inflação.

Comparação entre um universo único e um multiverso inflacionário

Referências: Alan Guth (1947-), Andrei Linde (1948-), Alexander Vilenkin (1949-), Max Tegmark (1967-), Sean Carroll (1966-).
Fontes: Physical Review D, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Cambridge University Press, 2017.

Um horizonte limitado no infinito

Nosso horizonte cosmológico é definido pela velocidade da luz e pela idade do Universo. Além dele, outras bolhas continuam a crescer a velocidades aparentes > c, não porque a matéria se move mais rápido que a luz, mas porque o próprio espaço se expande. Nenhuma informação pode atravessar os limites das bolhas.

Conclusão: uma bolha na espuma cósmica

Se a inflação eterna estiver correta, nosso Universo é apenas uma bolha em um oceano infinito de universos. Este modelo amplia consideravelmente nossa visão da realidade: não se trata mais apenas de galáxias em um único espaço, mas de conjuntos de universos isolados dentro de um metaespaço quântico.

Nota:
Segundo a interpretação de muitos mundos do físico Hugh Everett (1930-1982), cada interação quântica poderia gerar uma bifurcação de universos possíveis, oferecendo outra visão do multiverso, desta vez puramente quântica.