E se o Universo não tivesse começo? Parte 1: Uma Função de Onda para o Universo

As equações da relatividade geral, a pedra angular da nossa compreensão do cosmos em larga escala, encontram um limite intransponível ao tentar descrever o universo em seus momentos mais primordiais, especificamente na singularidade inicial. Nesse ponto, as leis conhecidas da física parecem falhar, e a própria estrutura do espaço-tempo se desintegra em termos matemáticos. Contudo, décadas antes de Stephen Hawking ousar especular sobre o que poderia ter precedido o Big Bang, dois físicos visionários, John Wheeler e Bryce DeWitt, já haviam começado a construir a complexa estrutura matemática que permitiria sequer formular a questão de um universo sem começo. Eles não apenas reconheceram a limitação da relatividade geral, mas também iniciaram a busca por uma descrição mais fundamental que pudesse transcender essa barreira, abrindo caminho para uma nova forma de pensar sobre a origem e a natureza do cosmos.

A intuição nos leva a crer que, para desvendar o mistério da origem do universo, bastaria aplicar a teoria da relatividade general e retroceder o tempo até o ponto inicial. No entanto, essa abordagem simplista colide com a realidade da singularidade, onde as equações perdem sua validade e a física clássica se torna inadequada. A jornada para compreender o início do universo, portanto, não se restringe às contribuições de Hawking ou à popularização do conceito do Big Bang na década de 1960. Na verdade, a necessidade de uma nova perspectiva já era evidente para pensadores como Wheeler e DeWitt, que buscavam uma maneira de ir além das limitações da física clássica para abordar a questão fundamental da existência do universo. Eles perceberam que a resposta poderia não estar em uma extrapolação linear do tempo, mas em uma reformulação mais profunda das leis físicas aplicáveis a escalas extremas.

Stephen Hawking, um dos poucos cientistas na história com a rara capacidade de transitar com maestria entre os domínios da relatividade geral e da mecânica quântica, viria a popularizar muitas dessas ideias. Sua habilidade em abordar ambos os campos com relativa facilidade foi crucial para avançar a discussão sobre a cosmologia quântica. Contudo, o terreno para essas investigações já estava sendo preparado. Nos anos 1960, a mecânica quântica estava em seu auge, demonstrando um sucesso extraordinário na descrição de fenômenos em escalas minúsculas e de alta energia. Essa teoria permitiu prever a existência de novas partículas, elucidar o funcionamento interno das estrelas e desvendar os segredos da matéria em seus níveis mais fundamentais. A promessa da mecânica quântica era tão vasta que naturalmente surgiu a questão de como ela poderia ser aplicada ao maior de todos os sistemas: o próprio universo.

A essência da mecânica quântica reside na substituição de descrições determinísticas por probabilidades. Para um elétron, por exemplo, não descrevemos sua posição exata em um dado momento, mas sim uma função de onda que encapsula todas as suas possíveis localizações e estados. Essa função de onda nos permite calcular a probabilidade de encontrar o elétron em um determinado lugar na próxima vez que o observarmos. A transição para o universo, no entanto, é um salto conceitual monumental. Em vez de um elétron, estamos lidando com a totalidade da existência: galáxias, buracos negros, a curvatura do espaço-tempo e todas as suas flutuações. A ideia central é substituir a noção de um universo específico e estático – com suas galáxias em posições fixas e suas oscilações espaciais predeterminadas – por uma função de onda que descreva o universo como um todo, abrangendo todas as suas configurações possíveis e suas probabilidades.

A proposta de uma função de onda para o universo implica uma mudança radical em nossa compreensão da realidade cosmológica. Se o universo é descrito por uma função de onda, ele não possui um estado único e definido, mas sim uma superposição de todos os estados possíveis, cada um com uma certa probabilidade de ser observado. Isso significa que, em vez de um universo com um começo singular e bem definido, poderíamos estar lidando com um cenário onde o próprio "início" é uma manifestação probabilística de uma função de onda mais fundamental. Essa abordagem quântica oferece uma maneira de contornar a singularidade da relatividade geral, sugerindo que o universo pode não ter tido um começo no sentido clássico, mas sim uma transição de um estado quântico para outro, ou talvez uma existência sem fronteiras temporais bem definidas. É nesse contexto que a questão "E se o Universo não tivesse começo?" ganha uma profundidade científica e filosófica sem precedentes.