Há Algumas Evidências de que Nosso Universo É um Holograma Gigante

Se um amigo lhe contasse que vivemos em um holograma gigante, você provavelmente o mandaria largar a maconha. Mas, por incrível que pareça, físicos ao redor do mundo estão, sóbrios, pensando no mesmo: que aquilo que percebemos como universo tridimensional pode ser um universo em duas dimensões projetado através de um horizonte cósmico.

É, parece bem louco. A natureza 3D do mundo é tão fundamental para nosso senso de realidade quanto o fato de que o tempo anda para frente. Ainda assim, alguns pesquisadores acreditam que as contradições entre a teoria da relatividade de Einstein e a mecânica quântica podem ser reconciliadas se cada objeto tridimensional que conhecemos e amamos for uma projeção de pequenos bytes de informação subatômica armazenados em uma grande planície bidimensional.

"Se for verdade, será uma constatação muito importante", me disse Daniel Grumiller, físico teórico da universidade de tecnologia de Viena, por telefone. Junto dos físicos Max Riegler, Arjun Bagchu e Rudranil Basu, o cientista publicou há poucos dias o primeiro estudo que fornece evidências de que o chamado "princípio holográfico" — isto é, que espaços em 3D podem ser reduzidos matematicamente a projeções 2D — pode descrever nosso universo.

"Se há vinte anos você perguntasse quantas dimensões nosso mundo tem, a maioria responderia 'três dimensões espaciais mais o tempo'", afirmou. "No princípio holográfico, significa que se trataria, na verdade, de uma questão de perspectiva."

O princípio holográfico foi postulado pela primeira vez há 20 anos como solução possível para o famoso "paradoxo da informação" de Stephen Hawking. (O paradoxo afirma que buracos negros aparentam tragar informações, o que, de acordo com a teoria quântica, seria impossível.) Mas já que o princípio nunca foi formalizado matematicamente para buracos negros, o físico teórico Juan Maldacena demonstrou, muitos anos mais tarde, que a holografia de fato contempla um tipo de espaço teórico chamado de espaço anti-de Sitter. Diferentemente do espaço de nosso universo, que é relativamente plano em escalas cósmicas, o espaço anti-de Sitter, como descrito pelos matemáticos, se curva para seu interior como uma sela.

"O espaço anti-de Sitter não é relevante para nosso universo de forma direta, mas ele permite efetuar cálculos que seriam, de outra forma, muito difíceis, se não impossíveis para nós", afirmou Grumiller.

Nesse espaço teórico, Maldacena mostrou que dois conjuntos de equações físicas se delimitaram perfeitamente um no outro: as equações da teoria gravitacional e as da teoria quântica de campos. Essa correspondência foi inesperada porque, ao passo que a gravidade é descrita em três dimensões espaciais, a teoria quântica de campos requer somente dois. Os resultados idênticos apontaram para a natureza holográfica do espaço anti-de Sitter.

"Foi a primeira vez que alguém demonstrou claramente como a holografia funciona", Grumiller me disse. "Mas dado que nosso universo não é um espaço anti-de Sitter – é plano em grandes escalas – é interessante questionar se o princípio holográfico também se aplica ao espaço plano."

Para demonstrar que nosso universo pode, de fato, ser visto como um holograma, quantidades físicas teriam que ser calculadas utilizando tanto a teoria quântica de campos e a teoria gravitacional no espaço "plano", e os resultados devem coincidir. Grumiller decidiu verificar se uma característica principal da mecânica quântica – o entrelaçamento quântico – pode ser replicada por meio da teoria gravitacional.

Quando duas partículas quânticas estão entrelaçadas, não podem ser descritas de modo individual. Mesmo separadas, elas formam um "objeto" quântico único. Há uma medida que descreve o quão entrelaçado está um sistema quântico, a "entropia do entrelaçamento". Depois de vários anos de trabalho, Grumiller e seus colegas conseguiram mostrar que essa entropia assume o mesmo valor quando calculada com a teoria gravitacional e a teoria quântica de campos para espaços como nosso universo.

"Este cálculo afirma nossa suposição de que o princípio holográfico também pode ocorrer em espaços planos", afirmou Riegler em um comunicado à imprensa. "Trata-se de uma evidência para a validação dessa correspondência em nosso universo."

Se o princípio holográfico não descrever nosso universo, ele pode ao menos ajudar a resolver muitas inconsistências entre a física relativística e a física quântica, incluindo o paradoxo da informação nos buracos negros. Também poderia fornecer aos pesquisadores um jeito de resolver alguns dos problemas quânticos mais difíceis utilizando equações gravitacionais relativamente simples. Mas, antes de termos certeza de que estamos vivendo na Matrix, ainda há muito trabalho pela frente.

"Fizemos esses cálculos usando a teoria gravitacional 3D e a teoria quântica do campo 2D, mas o universo, na verdade, tem três dimensões espaciais mais o tempo", afirmou Grumellier. "O próximo passo é generalizar essas considerações para incluir uma dimensão superior. Há também muitas outras quantidades que devem corresponder entre a teoria gravitacional e a teoria quântica de campos, e examinar essas correspondências é um trabalho que está em andamento."

Além das considerações teóricas, há a questão de abandonar a ilusão e observar de forma experimental a natureza holográfica da realidade. Os físicos do Departamento de Energia do Fermilab estão tentando fazer exatamente isso.

Conforme a Motherboard relatou no ano passado, Craig Hogan, Diretor do Centro de Astrofísica de Partículas do Fermilab, levantou a hipótese de que nosso mundo macroscópico é como uma "tela de vídeo de quatro dimensões" formada de bits, tipo pixels de informação subatômica, 10 trilhões de trilhão de vezes menores do que átomos. Para nossos olhos macroscópicos, tudo ao nosso redor parece tridimensional. Mas assim como a tela da televisão faz os pixels entrarem em foco, se observarmos intensamente para a matéria em nível subatômico, o mapa de bits de nosso universo holográfico poderá se revelar.

Logo, se essa representação do espaço estiver correta, há um limite inerente para o armazenamento de dados e a capacidade de processamento do universo. Além disso, esse limite deverá carregar marcas reconhecíveis — o chamado "ruído holográfico" — que poderemos medir.

Como Hogan explicou ao jornalista Jason Koebler, da Motherboard, se estamos de fato vivendo em um holograma, "o efeito mais básico é que a realidade tem uma quantidade limitada de informação, como um filme do Netflix quando a operadora de internet não disponibiliza banda suficiente. Então o filme fica um pouco embaçado e cortado. Nada fica parado, está sempre se mexendo um pouquinho."

Essa distorção na largura de banda da realidade, por assim dizer, é o que o laboratório de Hogan está tentando medir por meio de um instrumento chamado Holômetro, que é, grosso modo, um ponteiro laser grande e poderoso.

"Estamos tentando determinar se há um limite para a precisão com a qual é possível medir as posições relativas de objetos grandes", contou o pesquisador de pós-doutorado Robert Lanza. "Isso representaria um limite fundamental nas informações que o universo armazena."

O experimento que decifrará isso envolve a medição das posições relativas de espelhos grandes separados por 40 metros, usando dois interferômetros de Michaelson com precisão um bilhão de vezes menor do que um átomo. Se, de acordo com a hipótese do ruído holográfico, as informações sobre as posições dos dois espelhos forem finitas, então os pesquisadores deverão, em última análise, alcançar um limite na capacidade de resolver as respectivas posições.

"O que acontece depois disso?", afirma Laza. "Esperamos simplesmente medir o ruído, como se as posições da óptica estivessem dançando ao redor, sem a possibilidade de serem identificadas com mais precisão. Assim, ao final, a marca experimental que buscamos é um ruído incontornável como consequência de o universo não armazenar mais informações sobre a posição dos espelhos."

No momento, a equipe está coletando e analisando dados, e espera ter seus primeiros resultados até o fim do ano. Lanza me contou que todos estão se sentindo confiantes porque seus instrumentos atingiram, até o momento, a melhor sensibilidade já conseguida para as ondas gravitacionais de altas frequências.

"A física das ondas gravitacionais não está relacionada ao ruído holográfico, no entanto, os resultados da onda gravitacional demonstram que nossos instrumentos operam com qualidade científica superior e que estamos prontos para nos debruçarmos de modo experimental na ciência do ruído holográfico", afirmou Lanza.

Ao que parece, vamos ter que esperar que os físicos façam seus cálculos e disparem os lasers para nos dizer se nossas vidas não passam de uma ilusão bem sofisticada. Enquanto isso, a grande questão em minha mente é: como diabos uma revelação dessas pode nos afetar?

"Esse conhecimento não vai impactar nossas vidas diárias, do mesmo jeito que saber sobre o Big Bang ou as outras galáxias não muda nossas rotinas", afirma Grumiller.

"Mas assim como saber que o universo começou com o Big Bang mudou profundamente nossa visão do universo, saber que ele é como um grande holograma se trata de uma intuição profunda."

Lanza concorda. "Isso nos obrigará a mudar nossa percepção de realidade de um jeito que muitos de nós, eu inclusive, vamos levar um bom tempo quebrando a cabeça", afirmou.

De fato, isso, de certa forma, dissolve a definição de "simulação". Se estamos vivendo em um holograma gigante, podemos afirmar com certeza que todos os mundos de simulação e MMOs que criamos são tão reais quanto os planetas do nosso universo e os aglomerados de estrelas e galáxias, reduzidos a pontos quânticos em um mapa de bits cósmico?

Talvez a única coisa que podemos afirmar com certeza é: se nosso universo é uma simulação, então ele está talvez seja o mais próximo da perfeição que podemos alcançar. Nesse sentido, viver na Matrix não parece assim tão ruim.

Tradução: Amanda Guizzo Zampieri