A busca pelo código-fonte do universo

Pasterski é uma teórica de altas energias no Perimeter Institute for Theoretical Physics, e é uma das poucas pessoas no planeta capazes de navegar pelo campo minado matemático conhecido como gravidade quântica. Seu objetivo é o que ela chama de "código-fonte do universo". É a busca definitiva por um arquivo mestre: um conjunto único e consistente de regras que explique por que as estrelas permanecem em suas galáxias enquanto partículas subatômicas se comportam como fantasmas cafeinados. Atualmente, nossas melhores descrições da realidade são escritas em dois idiomas diferentes e incompatíveis, e os físicos começam a suspeitar que a única maneira de reconciliá-los é admitir que o mundo tridimensional que habitamos é, na verdade, uma projeção sofisticada.

Esta não é uma teoria da conspiração sobre viver em uma simulação de computador, embora a terminologia muitas vezes se sobreponha. Em vez disso, é uma tentativa matemática rigorosa de resolver um paradoxo que embaraça as mentes mais brilhantes da ciência há um século. A relatividade geral, a obra-prima de Einstein, explica a gravidade e as grandes coisas — planetas, buracos negros e a expansão do cosmos. A mecânica quântica explica as coisas minúsculas — elétrons, fótons e a estranheza do reino subatômico. O problema é que, quando você tenta usar ambas ao mesmo tempo, a matemática quebra. É como tentar rodar um jogo de PlayStation 5 em uma calculadora da década de 1980. O sistema operacional do universo está travando nas bordas, e os teóricos estão em busca do patch.

A falha na máquina da gravidade

A física está atualmente repleta de contradições que sugerem que nossa compreensão do espaço e do tempo é apenas uma aproximação grosseira de algo mais profundo. Um dos "bugs" mais famosos do sistema é o paradoxo da informação do buraco negro. De acordo com a relatividade geral, tudo o que cai em um buraco negro desaparece para sempre, esmagado em uma singularidade. Mas, de acordo com a mecânica quântica, a informação nunca pode ser verdadeiramente destruída. Se você jogar um livro em um buraco negro, a informação contida no arranjo de seus átomos deveria, em teoria, ser preservada. Quando um buraco negro eventualmente evapora via radiação Hawking, essa informação parece desaparecer. Este é um erro catastrófico na lógica do universo.

Pasterski e seus colegas estão trabalhando em uma estrutura chamada holografia celestial para corrigir isso. A ideia baseia-se no "princípio holográfico", que sugere que toda a informação contida em um volume de espaço pode ser descrita pelos dados no limite desse espaço. Imagine uma lata de sopa. Toda a informação sobre a sopa — sua temperatura, o número de cenouras, o teor de sal — poderia teoricamente ser escrita no rótulo bidimensional envolto na parte externa. Sob essa ótica, nossa realidade 3D é apenas o "volume", enquanto o verdadeiro "código" está escrito em uma superfície 2D bem na borda do universo.

Por que o Holometer falhou em encontrar os pixels do espaço

Se o universo é uma projeção, então o próprio espaço deveria ter uma resolução. Assim como uma foto digital se torna uma grade de pixels se você aumentar o zoom o suficiente, muitos teóricos acreditam que o espaço-tempo não é liso, mas "robusto". Na escala de Planck — a menor distância possível, aproximadamente 10 elevado à potência de menos 35 metros — o tecido da realidade deveria se tornar granulado. Em 2015, pesquisadores no Fermilab tentaram encontrar essa granularidade usando um dispositivo chamado Holometer. Era um par de interferômetros a laser massivos projetados para detectar "ruído holográfico", uma leve oscilação no universo que provaria que estamos vivendo em uma projeção de baixa resolução.

O experimento falhou. Os lasers permaneceram estáveis e nenhum ruído holográfico foi detectado nos níveis de sensibilidade que eles estavam testando. Para muitos, isso foi um golpe na ideia de que vivemos em um holograma literal. Mas para teóricos como Pasterski, o resultado não foi um beco sem saída — foi um refinamento. Sugeriu que o "código-fonte" não é tão simples quanto uma tela pixelizada. A conexão entre o limite 2D e o volume 3D é mais sutil. A falta de evidências para um universo oscilante não refutou o princípio holográfico; apenas provou que o universo não está "falhando" da maneira específica que Craig Hogan e sua equipe no Fermilab esperavam.

Esta é a natureza iterativa da busca. Você constrói uma máquina para encontrar um erro específico, não o encontra e volta para o quadro branco para descobrir por que o código está melhor escondido do que você pensava. A tensão permanece porque a matemática ainda exige uma unificação. Sabemos que a matéria escura existe, por exemplo, porque podemos ver sua gravidade puxando galáxias, mas nunca vimos o "código" da partícula em si. Estamos observando os efeitos de um programa de software sem conseguir ver as linhas de texto que o fazem rodar.

Despindo o universo até suas fundações

Quando Pasterski descreve seu trabalho, ela frequentemente se refere a ele como um "quebra-cabeça existencial". Existe uma certa ironia no fato de que, para entender a vastidão do cosmos, você precisa passar a vida olhando para um pedaço de papel coberto de símbolos gregos e integrais de linha. Mas essa é a única maneira de sondar ambientes que nenhum humano ou sonda visitará. Não podemos ir até a borda do universo, e não podemos sobreviver à viagem dentro de um buraco negro, mas podemos construir modelos matemáticos que representam esses extremos com uma precisão aterradora.

Essa abordagem requer um nível de foco que beira o meditativo. Pasterski fala sobre entrar em uma mentalidade onde as equações de um universo simplificado de quatro dimensões — três de espaço, uma de tempo — fluem por horas até que o próprio tempo pareça desaparecer. É um processo de retirar a "interface de usuário" da realidade — as árvores, as pessoas, a luz — para encontrar as variáveis brutas subjacentes. Se pudermos encontrar o código-fonte, não apenas entenderemos como o universo começou; poderemos entender do que ele é realmente feito em seu nível mais fundamental.

Há também a questão do que acontece se realmente tivermos sucesso. Ao longo da história, cada vez que descobrimos uma nova camada do código, construímos um novo mundo. Entender as leis da termodinâmica nos deu a máquina a vapor. Entender o elétron nos deu o computador. Se entendermos o código da gravidade e da mecânica quântica, as aplicações de engenharia podem ir além de qualquer coisa que vemos na ficção científica. Não estamos falando apenas de foguetes melhores; estamos falando da capacidade de manipular o próprio tecido do espaço-tempo.

O fardo do legado

A busca por uma "Teoria de Tudo" tem o hábito de consumir a vida das pessoas mais brilhantes do mundo. Einstein passou as últimas três décadas de sua vida tentando encontrar uma teoria de campo unificada e falhou. Stephen Hawking, a quem Pasterski uma vez conheceu e com quem participou de uma conga em um evento em Harvard, passou sua carreira perseguindo o mesmo fantasma. Há um peso nesse legado que pode ser esmagador, mas Pasterski parece vê-lo com a mesma curiosidade pragmática que aplicou ao seu Cessna. É apenas mais um problema difícil que precisa ser resolvido.

A comunidade é profundamente colaborativa, mesmo que seja pequena. Como a matemática é tão densa, o progresso acontece em incrementos. Um pesquisador encontra uma maneira de descrever um tipo específico de interação de partículas em um plano 2D; outro descobre como mapear isso em um campo gravitacional 3D. Lentamente, a imagem começa a se formar. Eles são como desenvolvedores trabalhando em um enorme projeto de código aberto que funciona há bilhões de anos, tentando fazer a engenharia reversa da intenção do programador original.