Lee Smolin foi um dos membros fundadores do corpo docente do Perimeter Institute em Waterloo, Canadá. Smolin é um físico teórico e cosmólogo mais conhecido como um dos contribuidores para a teoria da gravidade quântica em loop , a principal alternativa à teoria das cordas, que Smolin criticou em seu livro de 2006, " The Trouble with Physics" (O Problema com a Física) .

Smolin colaborou na teoria da gravidade quântica em loop (LQG) com Carlo Rovelli e outros. A LQG é uma abordagem para a unificação da mecânica quântica com a relatividade geral, que utiliza uma reformulação da relatividade geral na linguagem das teorias de campos de gauge. A LQG emprega técnicas da física de partículas, particularmente a expressão de campos em termos da dinâmica de loops. Com Rovelli, ele descobriu a natureza discreta de áreas e volumes e encontrou sua expressão natural em termos de uma descrição discreta da geometria quântica em redes de spin. Nos últimos anos, ele tem se concentrado em conectar a LQG à fenomenologia, desenvolvendo implicações para testes experimentais de simetrias do espaço-tempo, bem como investigando maneiras pelas quais partículas elementares e suas interações podem emergir da geometria do espaço-tempo.

Em seu livro de 2019, A Revolução Inacabada de Einstein , Smolin afirma aceitar a ideia de Einstein de que a mecânica quântica é "incompleta", que pode ser completada adicionando "variáveis ocultas" e que isso restauraria uma imagem "realista" da natureza.

Einstein e outros realistas acreditavam que a mecânica quântica nos fornece uma descrição incompleta da natureza, faltando características necessárias para uma compreensão completa do mundo. Einstein por vezes imaginava que existiam "variáveis ocultas" que completariam a descrição do mundo dada pela teoria quântica. Ele acreditava que a descrição completa, incluindo essas características faltantes, seria consistente com o realismo.

Portanto, se você é realista e físico, existe um imperativo primordial: ir além da mecânica quântica para descobrir essas características que faltam e usar esse conhecimento para construir uma verdadeira teoria dos átomos. Essa foi a missão inacabada de Einstein, e é a minha.

A Revolução Inacabada de Einstein, O Segredo do que Está Além da Física Quântica , p. xxi

Smolin descreve seus oponentes, os antirrealistas...

Alguns antirrealistas acreditam que as propriedades que atribuímos aos átomos e às partículas elementares não são inerentes a esses objetos, mas são criadas apenas por nossas interações com eles, e existem somente no momento em que os medimos. Podemos chamá-los de antirrealistas radicais. O mais influente deles foi Niels Bohr. Ele foi o primeiro a aplicar a teoria quântica ao átomo, tornando-se, em seguida, o líder e mentor da próxima geração de revolucionários quânticos. Seu antirrealismo radical influenciou muito a forma como a teoria quântica passou a ser compreendida.

Outro grupo de antirrealistas acredita que a ciência, como um todo, não trata ou discute o que é real na natureza, mas sim apenas o nosso conhecimento do mundo. Em sua visão, as propriedades que a física atribui a um átomo não dizem respeito a esse átomo; dizem respeito apenas ao conhecimento que temos do átomo. Esses cientistas podem ser chamados de epistemólogos quânticos.

E depois há os operacionalistas, um grupo de antirrealistas que são agnósticos quanto à existência de uma realidade fundamental independente de nós. A mecânica quântica, argumentam eles, não trata, em todo caso, da realidade; trata-se, antes, de um conjunto de procedimentos para interrogar átomos. Não se trata dos átomos em si, mas sim do que acontece quando os átomos entram em contato com os grandes dispositivos que usamos para medi-los. Heisenberg, o melhor dos protegidos de Bohr, que inventou as equações da mecânica quântica, era, pelo menos em parte, um operacionalista.

Em contraste com as disputas entre antirrealistas radicais, epistemólogos quânticos e operacionalistas, todos os realistas compartilham uma perspectiva semelhante — concordamos com a resposta às duas perguntas que apresentei acima. Mas divergimos na resposta a uma terceira questão: o mundo natural consiste principalmente nos tipos de objetos que vemos quando olhamos ao nosso redor e nas coisas que os constituem Em outras palavras, o que vemos ao nosso redor é típico do universo como um todo?

Aqueles que respondem afirmativamente a essa pergunta podem se autodenominar realistas simples ou ingênuos. Devo esclarecer que uso o adjetivo "ingênuo" para me referir a algo forte, original e descomplicado. Para mim, uma visão é ingênua se não necessita de argumentos sofisticados ou justificativas complexas. Eu diria que um realista ingênuo é, sempre que possível, preferível.

A Revolução Inacabada de Einstein , p.

A hipótese de Smolin sobre a seleção natural cosmológica, também chamada de teoria dos universos fecundos, sugere que um processo análogo à seleção natural biológica se aplica nas maiores escalas. Smolin publicou a ideia em 1992 e a resumiu em seu livro de 1997 voltado para o público leigo, intitulado A Vida do Cosmos .

Em seu artigo de 1992, "O universo evoluiu", ele escreveu...

Um mecanismo para a seleção natural em cosmologia

O que eu gostaria de propor é uma teoria da evolução de todo o universo, incluindo os parâmetros que governam sua física básica, por meio de um mecanismo de seleção natural. Ora, como na biologia, uma explicação por meio da seleção natural para a ocorrência de uma propriedade específica deve ter dois componentes: um componente aleatório, pelo qual os parâmetros que determinam essa propriedade mudam aleatoriamente, mas lentamente, em muitos sistemas, em grande parte semelhantes, e um componente seletivo, pelo qual os sistemas com uma propriedade específica têm, após algum tempo, maior probabilidade de ocorrer. Como qualquer física em que os parâmetros do modelo padrão mudam deve ser física nova, o mecanismo aleatório proposto aqui é especulativo. Mas o mecanismo seletivo será baseado na física conhecida. Na verdade, o mecanismo seletivo será simplesmente o colapso gravitacional. O mecanismo está contido nos dois postulados a seguir, referentes à física próxima às singularidades do espaço-tempo.

Cada singularidade final é seguida por uma singularidade inicial, que evolui para um universo espacialmente fechado. Uma hipótese alternativa, equivalente em termos de consequências para o tema deste artigo, é que, em vez de terminar em uma singularidade final, o interior de um buraco negro se transforma em um novo universo espacialmente compacto. Podemos observar que essa hipótese tem sido defendida como uma solução para o problema da perda de informação na evaporação de buracos negros e também foi discutida recentemente em conexão com o cenário do universo bebê.

"O universo evoluiu", Gravidade Clássica e Quântica (1992) v.9 pp.173-191

Em A Vida do Cosmos , Smolin escreve...

Neste capítulo, apresentarei uma proposta sobre cosmologia que torna os buracos negros, e o que reside em seus núcleos, de importância crucial para a compreensão de por que o mundo é como o encontramos...

Esta teoria baseia-se em dois postulados. O primeiro deles é a proposta, que discuti no final do capítulo anterior, de que os efeitos quânticos impedem a formação de singularidades, onde o tempo começa ou termina. Se isso for verdade, então o tempo não termina nos centros dos buracos negros, mas continua em alguma nova região do espaço-tempo, conectada ao nosso universo apenas em seu primeiro instante. Retrocedendo em direção ao suposto primeiro instante do nosso universo, descobrimos também que o nosso Big Bang poderia ser justamente o resultado de um rebote em um buraco negro que se formou em alguma outra região do espaço-tempo. Presumivelmente, a correspondência deste postulado com a realidade depende dos detalhes da teoria quântica da gravidade. Infelizmente, essa teoria ainda não está completa o suficiente para nos ajudar a decidir a questão. Na sua ausência, também desconhecemos os detalhes de tal processo. Mas, para o propósito da teoria que vou propor, não precisaremos de muitos detalhes. Precisaremos apenas presumir que essa explosão, ou rebote, é um novo efeito que ocorre quando a matéria é comprimida a uma densidade enorme, maior do que qualquer outra que tenhamos observado até agora. Isso não é problema; Se deixarmos que as unidades de Planck definam a escala para essa densidade, ela é absolutamente enorme, cerca de 10⁷⁹ vezes mais densa que um núcleo atômico.

Se aceitarmos isso, então não temos apenas as inevitáveis regiões inacessíveis, mas também a possibilidade de que essas regiões sejam universos tão grandes e variados quanto o universo que podemos ver. Além disso, como o nosso próprio universo visível contém um número enorme de buracos negros, deve haver um número enorme desses outros universos. Há pelo menos tantos quanto buracos negros existem em nosso universo, mas certamente, se podemos acreditar nisso, devemos acreditar que existem muito mais do que isso, pois por que cada um desses universos não teria também estrelas que colapsam em buracos negros e, assim, geram novos universos Smolin, Lee. A Vida do Cosmos (p. 93). Oxford University Press. Edição Kindle.

A Vida do Cosmos , p. 93-94

Dessa forma, abstraímos uma representação formal da seleção natural que se aplica igualmente bem tanto à biologia quanto à nossa hipótese cosmológica. Qualquer conclusão que possa ser deduzida a partir dela se aplica a ambos os domínios. Os biólogos vêm utilizando a imagem de uma paisagem de aptidão desde a década de 1930. Ela pode ser encontrada descrita nos escritos de teóricos da evolução com visões tão diversas quanto as de Richard Dawkins e Stuart Kauffman . Os biólogos realizaram muitos estudos sobre o comportamento de populações em tais paisagens, cujos resultados confirmam as conclusões que apresentei aqui.

É importante ressaltar que, nesse nível formal, conceitos como “sobrevivência do mais apto” ou “competição por recursos” não têm relevância. O que importa é apenas que a taxa de reprodução varia consideravelmente conforme variamos os genes disponíveis. O que causa essa variação e o que influencia as diferentes taxas de sobrevivência não é relevante para o funcionamento dos mecanismos básicos da seleção natural. Aliás, é por essa razão que pode haver controvérsia entre teóricos da evolução sem que haja qualquer questionamento à teoria fundamental da seleção natural. O que está em discussão é quais são os determinantes importantes das taxas de sobrevivência, e não como ou se a seleção natural funciona na natureza.

A Vida do Cosmos , p. 104

É claro que o princípio da seleção natural será mais difícil de aplicar em cosmologia do que em biologia, já que temos acesso a apenas um membro da coleção. Em biologia, podemos estudar as propriedades da distribuição de genes em uma população. Isso pode levar a conclusões sobre como a evolução ocorreu, como a classificação de espécies por distância genética ou a descoberta de que todos somos descendentes de uma única Eva. É difícil imaginar como análogos cosmológicos disso podem ser extraídos de observações feitas em apenas um universo. Por exemplo, é difícil imaginar como seremos capazes de determinar se houve um primeiro universo, como eu havia assumido anteriormente. Mas isso não nos impedirá de tirar algumas conclusões testáveis da teoria.

Assim, se essa teoria estiver correta, o universo compartilha certas características com os sistemas biológicos. Em ambos os casos, existe uma grande coleção de indivíduos distintos, cujas propriedades são especificadas por um conjunto de parâmetros. Em ambos os casos, as configurações que seriam observadas para a maioria dos valores desses parâmetros são pouco interessantes. Em ambos os casos, há o desenvolvimento de estruturas estáveis em escalas de tempo muito longas em comparação com as escalas de tempo fundamentais dos processos dinâmicos elementares. Em ambos os casos, o que precisa ser explicado é por que os parâmetros que de fato se manifestam se enquadram nesses pequenos conjuntos que nos dão um mundo interessante e altamente estruturado. E, se a teoria que propus estiver correta, a explicação em ambos os casos reside na estatística por trás dos princípios da seleção natural.

Isso certamente é correto em biologia, mas qual a probabilidade de também se aplicar à cosmologia Nos capítulos seguintes, examinaremos essa questão, mas por ora gostaria de enfatizar algumas razões bastante gerais para levá-la a sério. O ponto crucial, a meu ver, é o quão seriamente devemos levar a observação de que nosso universo é altamente estruturado, em comparação com universos com a maioria dos outros valores de parâmetros. Devemos considerar isso como uma espécie de coincidência cósmica ou como algo que precisa ser explicado?

Eu diria que não há muitas opções, se nos restringirmos a uma explicação que possa ser submetida a testes experimentais e que permaneça dentro da estrutura usual da explicação causal. Para citar Richard Dawkins, em O Relojoeiro Cego : “A teoria da evolução por seleção natural cumulativa é a única teoria que conhecemos que é, em princípio, capaz de explicar a existência da complexidade organizada. Mesmo que as evidências não a favorecessem, ainda seria a melhor teoria disponível.”

A proposta que apresentei aqui pode não resistir a testes. Mas, uma vez que comecemos a buscar uma explicação científica para os valores dos parâmetros que não ignore o fato de que os valores reais produzem um universo muito mais estruturado e complexo do que os valores típicos, pode ser difícil ignorar a possibilidade de que a cosmologia deva incorporar algum mecanismo análogo à seleção natural.

A Vida do Cosmos , pp. 105-108

Smolin descreve o papel dos buracos negros como uma espécie que sofre variação e seleção natural.

A previsão básica da teoria é que os parâmetros das leis da física de partículas elementares estão próximos de um valor que maximiza o número de buracos negros formados em nosso universo. À primeira vista, pode parecer impossível testar essa previsão. Não temos à disposição um laboratório repleto de universos cujos parâmetros possam ser ajustados por meio de seletores. Mas essa não é a única maneira de testar a teoria. Mesmo sem acesso a esses outros universos, deveríamos ser capazes de deduzir, a partir da física e da astronomia que conhecemos, qual seria o efeito de uma pequena mudança nos parâmetros. Se houver casos em que possamos fazer isso com precisão suficiente para deduzir se o resultado seria um mundo com mais ou menos buracos negros do que o nosso universo, a previsão da teoria torna-se testável.

De fato, existem muitos casos em que podemos deduzir que uma mudança nos parâmetros teria um forte efeito nos processos de formação dos buracos negros. Dado que existem pelo menos vinte parâmetros na física de partículas elementares e na cosmologia, isso significa que, se a teoria estiver errada, refutá-la seria fácil. Como cada parâmetro pode tanto aumentar quanto diminuir, isso nos dá pelo menos quarenta chances de contradizer a teoria. Se a teoria estiver errada, não temos motivos para esperar que haja uma relação entre os parâmetros e o número de buracos negros. É provável, então, que tantas mudanças levem a diminuições quanto a aumentos. Por outro lado, se todas as quarenta mudanças levassem a diminuições no número de buracos negros, não haveria muita escolha a não ser levar a teoria a sério, pois a probabilidade disso acontecer, se os valores dos parâmetros e o número de buracos negros não tiverem relação entre si, é de cerca de uma em 240, o que é um número enorme.

A Vida do Cosmos , p. 108

Smolin conclui sua obra "A Vida do Cosmos" com algumas reflexões muito profundas sobre diferentes filósofos...

Os filósofos italianos têm o que considero uma maneira interessante de se referir à transição que ocorreu na filosofia no século XX. Eles mencionam o que chamam de teoria forte e teoria fraca. A teoria forte é o que os filósofos aspiravam fazer antes deste século: descobrir, por meio da reflexão e argumentação racionais, a verdade absoluta e completa sobre a existência e elaborar essas verdades em sistemas filosóficos completos. A teoria fraca é o que os filósofos vêm fazendo desde que Wittgenstein e Gödel nos ensinaram a impossibilidade disso.

Gostaria de descrever a mesma coisa em termos diferentes, emprestados de Milan Kundera. Gostaria de contrastar o peso das antigas e fracassadas tentativas de conhecimento absoluto com a leveza do tipo de filosofia que agora aspiramos desenvolver. Nietzsche também falou sobre peso, o peso da vida atrelada ao eterno retorno, oprimida pela impossibilidade da novidade. A escuridão e o peso de Nietzsche eram exatamente reflexos do peso da morte térmica do universo, trazendo consigo a implicação de que a vida não tem lugar permanente neste mundo, de modo que qualquer alegria — aliás, qualquer mudança — era, na melhor das hipóteses, transitória. Além disso, Nietzsche tinha razão em se preocupar com a impossibilidade da novidade, porque, segundo a física de sua época, era de fato impossível imaginar como ela poderia ocorrer.

Mais do que isso, a antiga busca pelo absoluto é pesada e nos oprime há tempo demais. Ela implica a existência de um ponto de parada, um destino final; cheira, na verdade, à crença aristotélica no significado do repouso, ao espaço absoluto de Newton, à hierarquia, tanto no conhecimento quanto na sociedade, à estase.

Já chega do peso do utopismo, que deriva da ideia de que é possível chegar a uma descrição da sociedade ideal pelo puro pensamento, aliás, pelo pensamento de um ou poucos indivíduos isolados. E já chega do peso da violência e de sua justificativa em termos de todos os sistemas pelos quais as pessoas podem ser levadas a acreditar que possuem acesso privilegiado ao conhecimento absoluto.

Em contrapartida, gostaria de destacar a leveza da nova busca pelo conhecimento, que se baseia na compreensão de que o mundo é uma rede de relações, que aquilo que antes era considerado absoluto está sempre sujeito à evolução e à renegociação, que a verdade completa sobre o mundo não pode ser apreendida a partir de um único ponto de vista, mas reside apenas na totalidade de várias ou muitas perspectivas distintas. Compreendemos agora que não há sentido em estar em repouso e, portanto, nenhum sentido para a estase; essa nova compreensão do conhecimento pode ser considerada imbuída da liberdade do princípio da inércia e fundamentada não no espaço, mas apenas em relações. E estas se desenvolvem não em um tempo absoluto, mas apenas em sucessão, em progressão. Finalmente, essa nova visão do universo à qual aspiramos incluirá uma cosmologia na qual a vida tenha um lugar próprio e significativo no mundo. Ou seja, em última análise, a imagem que quero deixar é a de que a vida é luz, tanto porque somos matéria energizada pela passagem de fótons pela biosfera, quanto porque o essencial na vida não tem peso, sendo apenas padrão, estrutura, informação. E porque a lógica da vida é a mudança contínua, o movimento contínuo, a evolução contínua.

Finalmente, a nova visão do universo é luminosa, em todos os sentidos, porque o que Darwin nos deu, e o que podemos aspirar a generalizar para o cosmos como um todo, é uma maneira de pensar o mundo que é científica e mecanicista, mas na qual a ocorrência da novidade — aliás, o nascimento perpétuo da novidade — pode ser compreendida.

A antiga imagem do universo newtoniano era a de um relógio: pesado, insistente, estático; nessa metáfora, sente-se tanto o domínio férreo do determinismo quanto, por trás dele, a ameaça de o relógio parar de funcionar. Além disso, essa sempre foi uma imagem religiosa, pois um relógio requer um relojoeiro, que o constrói e o coloca em movimento. Em contrapartida, gostaria de propor uma nova metáfora para o universo, também baseada em algo construído por seres humanos.

Por razões que considerei irrelevantes para o conteúdo, senti-me compelido a terminar este livro aqui, na maior cidade do planeta, meu primeiro lar. Há algumas semanas, dei um passeio pela cidade, buscando uma metáfora para encerrar este livro, uma metáfora de um universo construído, não por um relojoeiro de fora, mas por seus elementos em um processo de evolução, talvez de negociação. De repente, percebi que o que estou fazendo aqui, em sua infinita diversidade e variedade, é exatamente a maneira como amo a cidade, que espelha a imagem do cosmos que tenho me esforçado para visualizar. A cidade é o modelo; ela esteve ao meu redor o tempo todo.

Assim, a metáfora do universo que estamos tentando imaginar agora, e que eu gostaria de contrapor à imagem do universo como um relógio, é a imagem do universo como uma cidade, como uma negociação interminável, uma construção incessante do novo a partir do velho. Ninguém construiu a cidade, não existe um construtor de cidades, como existe um relojoeiro. Se uma cidade pode se construir sozinha, sem um construtor, por que o mesmo não poderia ser verdade para o universo?

Além disso, uma cidade é um lugar onde a novidade pode surgir sem violência, onde podemos imaginar um processo contínuo de melhoria sem revolução e no qual não precisamos respeitar nada acima de nós mesmos, mas somos constantemente confrontados uns com os outros como os criadores do nosso mundo compartilhado. Todos nós o criamos ou ninguém o criou, somos parte dele, e ser parte dele e ser um de seus criadores é a mesma coisa.

Portanto, nunca houve um Deus, nenhum piloto que criou o mundo impondo ordem ao caos e que permanece fora, observando e proibindo. E Nietzsche também está morto. O eterno retorno, a eterna morte térmica, não são mais ameaças; jamais virão, nem o céu. O mundo sempre estará aqui, e sempre será diferente, mais variado, mais interessante, mais vivo, mas ainda assim sempre o mundo em toda a sua complexidade e incompletude. Não há nada além dele, nenhum mundo absoluto ou platônico para o qual transcender. Tudo o que existe da Natureza é o que nos rodeia. Tudo o que existe do Ser são as relações entre coisas reais e sensíveis. Tudo o que temos da lei natural é um mundo que se criou a si mesmo. Tudo o que podemos esperar da lei humana é o que podemos negociar entre nós e o que assumimos como nossa responsabilidade. Todo o conhecimento que podemos obter deve ser extraído do que podemos ver com nossos próprios olhos e do que os outros nos dizem ter visto com os seus. Tudo o que podemos esperar da justiça é compaixão. Tudo o que podemos admirar como juízes é uns aos outros. Tudo o que é possível de utopia é aquilo que construímos com nossas próprias mãos. Que isso seja suficiente.

A Vida do Cosmos , pp. 297-300

O primeiro postulado da nossa teoria é que o universo é criado como uma explosão no remanescente extraordinariamente comprimido de uma estrela que colapsou em um buraco negro. Nessa fase, pode-se assumir que a estrela está comprimida a uma densidade dada pela escala de Planck, pois esperamos que efeitos relacionados à gravidade quântica sejam responsáveis pela explosão que inicia a expansão. A partir desse ponto, o universo se expande como no cenário usual do Big Bang. Assim como outras histórias de origem, como as que dizem respeito ao início da vida ou à evolução do Homo sapiens, existem teorias sobre os estágios iniciais do universo que são plausíveis, embora certamente não comprovadas. Há um cenário padrão, alguns estágios do qual são razoavelmente bem sustentados pelas evidências, enquanto a descrição de outros estágios é muito mais conjectural. Mas, apesar de suas óbvias lacunas e dificuldades, parece prudente manter-se próximo à teoria padrão, pois ela resiste melhor à comparação com o mundo real do que qualquer uma das alternativas que foram propostas até agora.

A Vida do Cosmos , p. 308

Na teoria de Smolin, o colapso de um buraco negro causa o surgimento de um novo universo "do outro lado", cujos parâmetros constantes fundamentais (massas das partículas elementares, constante de Planck, carga elementar, etc.) podem diferir ligeiramente daqueles do universo onde o buraco negro colapsou. Cada universo, portanto, dá origem a tantos novos universos quantos forem os buracos negros que possui. A teoria contém as ideias evolucionistas de "reprodução" e "mutação" de universos, sendo, assim, formalmente análoga aos modelos de biologia populacional.

Alternativamente, os buracos negros desempenham um papel na seleção natural cosmológica, reorganizando apenas parte da matéria, o que afeta a distribuição dos universos de quarks elementares. A população resultante de universos pode ser representada como uma distribuição em uma " paisagem de aptidão " de parâmetros, onde a altura da paisagem é proporcional ao número de buracos negros que um universo com esses parâmetros terá. Aplicando o raciocínio emprestado do estudo de paisagens de aptidão em biologia populacional, pode-se concluir que a população é dominada por universos cujos parâmetros levam a produção de buracos negros a um pico local na paisagem. Este foi o primeiro uso da noção de paisagem de parâmetros na física.

Leonard Susskind , que mais tarde promoveu um panorama semelhante da teoria das cordas, argumentou que, uma vez que a teoria de Smolin se baseia na transferência de informação do universo progenitor para o universo bebê através de um buraco negro, ela acaba por não fazer sentido como uma teoria da seleção natural cosmológica.

A ideia de que a transferência de informações do universo progenitor para o universo filho através de um buraco negro é inconcebível, afirma ele. A informação que entra em um buraco negro se perde irremediavelmente.

É verdade que alguns pensadores, como Stephen Hawking, inicialmente argumentaram que nenhuma informação que entrasse em um buraco negro poderia ser perdida, mas posteriormente Hawking reverteu sua posição. A visão atual é que nenhuma informação pode entrar e sair intacta de um buraco negro.

Por fim, há uma questão sobre a quantidade de matéria disponível para o que Hawking chamou de "universo bebê". Se cada universo dá origem a tantos novos universos quantos buracos negros possui, e se um universo típico tem milhões ou até bilhões de buracos negros, simplesmente não há massa suficiente em cada buraco negro e universo bebê para reproduzir um universo típico na teoria da seleção natural cosmológica de Smolin?

Normal | Professor | Pesquisador