Nossa compreensão do universo é como um castelo de cartas, apoiado sobre um andaime de teorias prévias e resultados que, por mais impressionantes, são sempre provisórios. Diferente do que acontecia nos primeiros dias da física, a maior parte dos experimentos na astronomia teórica moderna não se parece com uma jornada de descobertas cegas. Hoje, eles são ajustes precisos, cuidadosamente calculados para confirmar previsões e hipóteses já existentes.
Veja o caso do bóson de Higgs: previsto teoricamente em 1964, só foi confirmado quase 50 anos depois, em 2013, exatamente como os cientistas esperavam. Mas, ironicamente, o que os cientistas mais desejam não é ter razão, mas sim serem surpreendidos — encontrar algo que derrube esse castelo de cartas, para que um novo seja construído em seu lugar. Ou, quem sabe, algo que reforce o castelo para sempre, provando que as teorias estão realmente certas.
E foi exatamente por isso que, no início de 2021, em um laboratório nos arredores de Chicago, cerca de 200 cientistas se reuniram virtualmente e compartilharam um suspiro coletivo de empolgação. Eles haviam acabado de obter um resultado impressionante. Um experimento que foi a culminação de mais de 60 anos de trabalho, envolvendo físicos de 35 instituições em sete países ao redor do mundo.
E, no entanto, até que um envelope fosse aberto em Batavia, Illinois, e uma chave secreta fosse digitada em um computador, ninguém sabia ao certo o que haviam realizado. Essa abordagem minuciosa e sigilosa, que mais parece algo digno de um festival de cinema cheio de suspense, era essencial para garantir que nenhum dos cientistas — e eram muitos — influenciasse, mesmo sem querer, os resultados em favor do que desejavam encontrar. O experimento em questão, realizado no Fermilab, focava no comportamento dos múons.
Esses múons, partículas exóticas, podem ser descritos como primos pesados dos elétrons. Eles existem por pouquíssimos microssegundos antes de se transformarem em algo completamente diferente. Assim como os elétrons, os múons possuem carga elétrica e se comportam como pequenos ímãs giratórios.
E esse giro oscila quando os múons passam por um campo magnético. Com as ferramentas complexas da mecânica quântica e o Modelo Padrão da física de partículas, os cientistas conseguiram prever, com precisão absurda, o quanto esses múons deveriam oscilar. Essa previsão não é apenas um cálculo — ela representa tudo o que sabemos, ou achamos que sabemos, sobre como o universo funciona.
O objetivo do experimento era simples, mas grandioso: testar se essa teoria estava certa. Para isso, os pesquisadores passaram quatro anos instalando e ajustando um gigantesco ímã em forma de C, com cerca de 15 metros de diâmetro e um campo magnético quase perfeito. Durante mais de um ano, eles fizeram os múons girarem em torno desse ímã, medindo cada pequena oscilação.
Enquanto observavam a máquina pronta para disparar os feixes, esses pesquisadores provavelmente tiveram tempo de sobra para refletir sobre o castelo teórico de cartas que sustenta suas previsões. Afinal, toda a matéria no universo — desde os múons girando no ímã até os próprios cientistas que os estudam — está sujeita às quatro forças fundamentais da natureza. A gravidade, por exemplo, mantém a cientista sentada na cadeira, fixa o enorme ímã à superfície da Terra e mantém nosso planeta em órbita ao redor do Sol.
O eletromagnetismo, por sua vez, não só cria a atração invisível dentro do ímã gigantesco, mas também é responsável pelas correntes elétricas que percorrem os controles do equipamento e pelos impulsos elétricos no corpo da cientista, que fazem seu coração bater e seus neurônios dispararem. Descendo ainda mais na escala, até o nível dos próprios átomos, encontramos a força nuclear forte. É ela que mantém as partículas unidas dentro de cada núcleo atômico, impedindo que elas se afastem, mesmo com a intensa repulsão das cargas semelhantes.
Sem essa força essencial, nenhum átomo — nem no seu corpo, nem na sala em que você está, nem em todo o universo — poderia existir. Eles se desintegrariam em uma nuvem de quarks dispersos. Mas, curiosamente, ao mesmo tempo em que a força nuclear forte mantém tudo unido, a força nuclear fraca está, silenciosamente, trabalhando para destruir.
Em alguns milhares de átomos no corpo da cientista, essa força impulsiona uma transformação fundamental, promovendo o decaimento radioativo. Essa quarta força fundamental é o motor por trás da desintegração de núcleos atômicos, como o potássio-40 encontrado em nossas células. Juntas, as quatro forças fundamentais — gravidade, eletromagnetismo, força nuclear forte e força nuclear fraca — explicam quase tudo que acontece no universo.
QUASE. A oscilação dos múons parece ser uma exceção intrigante. Quando o envelope no Fermilab foi finalmente aberto, a revelação foi chocante: as previsões meticulosamente calculadas com base nessas quatro forças não estavam corretas.
Os múons oscilaram mais do que deveriam. E essa discrepância, medida com uma precisão sem precedentes, aponta para algo inesperado: a possível existência de uma quinta força fundamental ainda desconhecida. Ainda há muito a se entender sobre essa curiosa oscilação dos múons, mas o que já sabemos é suficiente para abalar o que pensávamos ser imutável sobre as quatro forças fundamentais.
Isso nos força a reexaminar séculos de conhecimento científico. Por que essas forças são tão fundamentais para o universo? Elas são realmente tão distintas quanto imaginamos?
E como, no início do cosmos, a espuma quântica caótica deu origem a essas leis naturais tão precisas? Quando ampliamos o olhar, estendendo nosso castelo teórico de cartas até o próprio nascimento do universo, encontramos um momento fascinante: um instante primordial de grande unificação. PARTE I: A PRIMEIRA UNIFICAÇÃO.
A ideia de forças invisíveis moldando o universo nos intriga há milênios, e a humanidade tem tentado entendê-las e dominá-las desde os primórdios da história. Por exemplo, os antigos chineses valorizavam ímãs — pedras naturalmente magnéticas — e os utilizavam para adivinhação já no século II. Os egípcios, por sua vez, tinham um misto de fascínio e medo dos choques provocados por peixes elétricos, enquanto os primeiros filósofos se divertiam experimentando com eletricidade estática, esfregando bastões de âmbar em peles de animais.
Essas curiosidades, no entanto, começaram a se transformar em algo muito maior durante os séculos XVII e XVIII. A revolução científica trouxe esses fenômenos misteriosos para o centro das atenções, revelando seus segredos pouco a pouco. Eles se tornaram o foco de estudos rigorosos conduzidos por estudiosos e até mesmo por figuras políticas.
Benjamin Franklin, um dos políticos mais importantes do século XVIII, chegou a dizer que venderia todos os seus bens para financiar sua pesquisa sobre eletricidade. E é irônico que, apesar de seu entusiasmo e dedicação, o experimento mais famoso de Franklin tenha sido algo surpreendentemente simples: apenas uma pipa, uma chave e uma tempestade foram suficientes para provar que os raios eram, na verdade, uma manifestação da eletricidade. O verão de 1864 foi insuportavelmente quente e seco.
Desde abril, quase não havia caído uma gota de chuva. Nos escritórios do King's College, em Londres, o ar pesado se acumulava nos aposentos escuros revestidos de madeira. Buscando algum alívio do calor sufocante, James Clerk Maxwell arrastou-se até a janela e abriu a veneziana, permitindo que o som das ruas agitadas invadisse o ambiente.
O cheiro doce e penetrante que vinha com a brisa era familiar para Maxwell. Ele sabia que uma tempestade elétrica estava se aproximando — o cheiro era de ozônio, algo que hoje associamos a tempestades. Apressado, ele se afastou da janela.
Queria terminar suas observações antes do espetáculo de raios que estava por vir. Sobre sua cabeça, um jarro derramava um fio de água constante. Maxwell pegou uma haste de vidro e, pela última vez naquele dia, esfregou-a contra o tecido do colete de lã que já havia tirado por causa do calor.
Ele aproximou a haste da corrente de água e observou. Como ele esperava, a água se curvou delicadamente em direção à haste, puxada por uma força invisível. Um pequeno movimento a mais e a água tocou a haste.
Esse fenômeno, aparentemente mágico, era causado pela eletricidade estática — a atração entre as cargas elétricas presentes na haste e na água. James Clerk Maxwell entendia como ninguém o potencial do eletromagnetismo. Menino prodígio, ele passará a adolescência desvendando os mistérios da matemática.
Agora, como um dos maiores cientistas de sua época, dedicava seu brilhante intelecto a entender a natureza fundamental do universo. Baseando-se em séculos de conhecimento acumulado, Maxwell foi o primeiro a imaginar que as forças que pareciam agir à distância eram, na verdade, manifestações de algo maior: um campo invisível, como uma teia tridimensional que se espalha a partir de sua fonte. Mais do que isso, ele percebeu algo revolucionário: a eletricidade podia produzir magnetismo, e o magnetismo podia gerar eletricidade.
Com isso, Maxwell concluiu que esses dois fenômenos podiam ser unificados em um único campo — o campo eletromagnético. As ondas que se propagavam por essa teia tridimensional transportavam energia de um ponto a outro, sem perder intensidade. E, entre essas ondas, estava a luz visível.
A visão única de Maxwell sobre o eletromagnetismo — como uma fusão de eletricidade, magnetismo e óptica — abriu as portas para uma verdadeira revolução científica. Ao abrir a janela do escritório abafado naquela tarde, ele, sem saber, também abriu uma janela de compreensão que mudaria para sempre a forma como enxergamos o universo. Ele lançou um pilar essencial no castelo de cartas cosmológico.
Suas equações permitiram que as ondas eletromagnéticas fossem produzidas e estudadas em laboratório. Isso levaria, cerca de 25 anos depois, à descoberta das ondas de rádio e a uma nova forma de visualizar o cosmos: através da ação dos campos eletromagnéticos. Foi essa base, lançada por Maxwell, que, no início do século XX, inspirou Albert Einstein a reformular completamente a matemática da gravidade.
Ao fazer isso, Einstein criou o conceito de espaço-tempo: um campo vasto, deformado e curvado por objetos massivos como estrelas, planetas e buracos negros. Assim como as ondas eletromagnéticas que se propagam incessantemente, a gravidade também age a distâncias cósmicas, influenciando tudo, em maior ou menor grau. No entanto, embora a gravidade governe nossos dias — mantendo nossos pés no chão e a Terra em órbita do Sol —, ela não é uma força tão forte assim.
Para que seus efeitos sejam perceptíveis, é necessário reunir uma quantidade colossal de massa, como os seis milhões de bilhões de bilhões de quilogramas do planeta Terra. Por outro lado, no nível microscópico, onde a gravidade é praticamente imperceptível, outra força assume o controle: a força nuclear forte, que governa o microcosmo com um poder avassalador. Ao contrário dos campos de longo alcance do eletromagnetismo e da gravidade, a força nuclear forte tem um alcance extremamente limitado — ela age em distâncias que não ultrapassam o diâmetro de um próton.
Mas, apesar de sua esfera de influência minúscula, essa força faz jus ao nome. É ela que une os quarks para formar prótons e nêutrons, que constituem o núcleo de cada átomo. E os efeitos residuais dessa força são tão intensos que conseguem manter os prótons unidos, mesmo diante da repulsão natural entre suas cargas positivas.
Já a força nuclear fraca, com um alcance ainda menor e uma potência inferior a todas as outras, exceto a gravidade, pode parecer pouco relevante à primeira vista. No entanto, essa força é essencial para a nossa existência. A força fraca é responsável por alterar a categoria dos quarks que compõem os prótons e nêutrons, transformando um no outro para formar ou desintegrar núcleos atômicos.
Essas mudanças são fundamentais no interior das estrelas, onde alimentam o processo de fusão que mantém os astros brilhando e possibilitam a criação de elementos mais pesados. No final das contas, é à diminuta força fraca que devemos agradecer pelo calor vital do Sol e pelos elementos que compõem o nosso planeta. Juntas, as quatro forças fundamentais — gravidade, eletromagnetismo, força nuclear forte e força nuclear fraca — parecem governar todos os fenômenos conhecidos do universo moderno.
Ao compreender os campos associados a essas forças, os físicos modernos conseguiram modelar, prever e explicar o cosmos com uma precisão extraordinária. Mas, para responder à pergunta sobre o que essas forças realmente são e como elas surgiram no universo primordial, precisamos mergulhar no mundo desconcertante das partículas virtuais. PARTE II: MENSAGEIROS VIRTUAIS A Universidade de Cornell fica às margens do Lago Cayuga, no norte do estado de Nova York.
Durante os dias de outono, uma brisa suave sopra em direção ao lago, criando pequenas ondulações na superfície da água. Foi nesse cenário, no final dos anos 1940, que Richard Feynman, então professor associado de física em Cornell, sentou-se para contemplar. Ele observava as ondas dançarem na superfície da água, guiadas pelas forças invisíveis do vento, enquanto pensava profundamente na eletrodinâmica quântica.
Os padrões na superfície do lago mudavam a cada momento, esculpidos pelo sopro do vento. Feynman imaginava aquele vento como um campo — muito parecido com os campos eletromagnéticos que estudava. Ele podia visualizá-lo irradiando pelo lago, moldando as pequenas ondas que via.
Com informações suficientes, Feynman sabia que poderia reconstruir matematicamente o campo de vento, relacionando-o à sua origem no topo da colina. Mas ele também sabia que isso não seria o suficiente para entender o vento em sua totalidade. Para compreendê-lo verdadeiramente, seria necessário estudar as partículas de ar que carregavam o movimento do vento, entender como elas interagiam entre si e com a superfície da água.
O mesmo princípio poderia ser aplicado ao campo eletromagnético? Poderia ele ser reduzido às partículas que o constituíam? Feynman fazia parte de uma revolução científica em pleno crescimento: a revolução quântica.
Nas duas décadas anteriores, ainda que interrompidas pela Segunda Guerra Mundial, físicos teóricos começaram a desvendar o universo em sua escala mais fundamental. Eles reconheceram que a luz, por exemplo, poderia ser dividida em pequenos pacotes de energia — os fótons. Mas, como James Clerk Maxwell havia demonstrado quase 80 anos antes, a luz também é uma onda, uma manifestação do campo eletromagnético que permeia o universo.
Como era possível reconciliar essas duas visões tão diferentes? Richard Feynman apresentou uma solução matemática elegante: a eletrodinâmica quântica. Ele conseguiu quantificar o campo eletromagnético e definir como as partículas responsáveis por essa força de longo alcance interagem e geram seus muitos efeitos.
O mensageiro do eletromagnetismo, Feynman concluiu, é o fóton. No entanto, os fótons não são partículas físicas tangíveis, como as moléculas de ar que compõem o vento. Eles são mensageiros virtuais: pacotes quantizados de energia que não interagem diretamente entre si, mas que podem ser trocados para alterar as propriedades da matéria, gerando os diferentes efeitos da força eletromagnética.
Quando esses fótons não estão sendo trocados, mas sim emitidos livremente, eles se transformam em luz visível ou em outras formas de radiação. E, de maneira fascinante, os princípios da mecânica quântica mostram que esses fótons virtuais podem surgir e desaparecer brevemente, mesmo no vazio absoluto, como por exemplo, em um vácuo verdadeiro. Geralmente, a existência fugaz desses fótons passa despercebida, mas, em 1948, o físico holandês Hendrik Casimir identificou um fenômeno curioso: quando dois espelhos eram colocados frente a frente em um vácuo, eles eram misteriosamente atraídos um pelo outro.
Casimir deduziu que essa atração era causada por fótons virtuais. Ele argumentou que fora das placas espelhadas havia mais partículas mensageiras do que entre elas, criando uma diferença de pressão suficiente para empurrar os espelhos um contra o outro. Esse fenômeno, conhecido como efeito Casimir, é uma demonstração elegante da energia presente em todos os vácuos do universo — desde sua criação até os dias de hoje.
Assim como Maxwell antes dele, Feynman revolucionou a física teórica com sua descrição da força eletromagnética. Sua abordagem inspirou os físicos a seguirem seus passos, buscando os mensageiros virtuais responsáveis pelas outras forças fundamentais do cosmos. A força forte foi a próxima a revelar seus segredos, graças à sua imensa intensidade, que permitiu que fosse estudada em laboratórios assim que os instrumentos necessários foram desenvolvidos.
A cromodinâmica quântica, o campo de estudo da força forte, concentra-se nos mensageiros dessa poderosa interação: os glúons. Esses mensageiros recebem esse nome por sua capacidade de “colar” quarks para formar prótons e nêutrons. Contudo, a função dos glúons é mais complexa do que a simples troca de energia realizada pelos fótons.
Ainda assim, tanto os fótons quanto os glúons foram incorporados ao que conhecemos hoje como o Modelo Padrão da física de partículas. Até mesmo a força fraca, com seu alcance minúsculo e sua aparente simplicidade, revelou suas próprias partículas mensageiras: os bósons W e Z. Diferentemente dos fótons e glúons, esses mensageiros são extremamente massivos — cerca de 100 vezes mais pesados do que um próton.
Essa massa colossal faz com que eles sejam mais pesados do que muitos átomos inteiros e limita seu alcance devido à sua inércia. Por enquanto, apenas a força gravitacional resiste à quantização. Os teóricos preveem a existência de um mensageiro virtual chamado gráviton, com massa zero, mas há incompatibilidades fundamentais entre o Modelo Padrão, que explica as interações quânticas, e a relatividade geral, que descreve a gravidade.
Além disso, a gravidade é incrivelmente fraca: cerca de um milhão de bilhões de bilhões de vezes mais fraca do que a força fraca. Isso a torna impossível de ser estudada com os instrumentos disponíveis atualmente ou mesmo com os que podemos conceber no futuro próximo. Mesmo sem a gravidade, o Modelo Padrão avançou muito em descrever as forças fundamentais em suas menores escalas.
No entanto, as respostas que encontramos não são tão simples quanto gostaríamos. Cada mensageiro virtual descoberto até agora tem propriedades exclusivas que tornam cada força fundamental única e irredutível. Ainda assim, de forma surpreendente e até contra-intuitiva, a física moderna está começando a revelar um panorama mais unificado: essas forças fundamentais, aparentemente distintas, podem ser apenas diferentes facetas de uma única força primordial, que surgiu nos primeiros momentos do cosmos.
PARTE III: A GRANDE TEORIA UNIFICADA. No dia 10 de dezembro de 1979, o professor Abdus Salam avançou para receber seu Prêmio Nobel. Seu rosto refletia um leve sorriso, carregando um misto de orgulho e humildade.
Salam, conhecido por ser reservado e modesto, raramente gastava tempo com autorreflexões. Ele preferia dedicar sua energia à incessante busca pelo conhecimento. O brilhantismo de Salam ficou evidente desde cedo.
Ele seguiu carreira acadêmica em Lahore, no Paquistão, e depois em Cambridge e Londres, no Reino Unido. Durante seu doutorado, ele solucionou, em apenas seis meses, um problema de física matemática que havia intrigado o lendário Richard Feynman durante toda a sua carreira. Seu Prêmio Nobel foi dividido com outros dois físicos, os americanos Sheldon Glashow e Steven Weinberg.
Juntos, eles alcançaram uma solução em que vinham trabalhando por mais de duas décadas. Esse trabalho representou um momento transformador na física: eles provaram que duas das três forças fundamentais do universo, antes consideradas irredutíveis, poderiam, de fato, ser unificadas. A princípio, a força fraca e a força eletromagnética pareciam completamente diferentes.
A força fraca, com seu alcance minúsculo e mensageiros massivos, não poderia ser mais distinta da força eletromagnética, que tem alcance infinito, um mensageiro sem massa (o fóton) e uma intensidade milhões de vezes maior. Mas Salam, Glashow e Weinberg mostraram que o eletromagnetismo é um componente intrínseco da força fraca. Na verdade, as duas forças não são independentes — elas são manifestações diferentes de uma única força: a força eletrofraca.
Essa descoberta foi revolucionária para a compreensão do universo. Assim como o átomo, antes considerado indivisível, foi desmembrado por avanços na física experimental, duas forças fundamentais da natureza, antes irreconciliáveis, foram inesperadamente unificadas. No entanto, no mundo físico, essa unificação só ocorre sob condições extremas, em energias altíssimas, correspondentes a temperaturas de cerca de um quatrilhão de graus Celsius.
O físico Alex Filippenko ilustrou essa ideia com a analogia de uma moeda girando sobre uma mesa. Enquanto a moeda gira rapidamente, ela parece unificada, indistinguível entre cara e coroa — uma analogia para a força eletrofraca. Mas, quando a moeda desacelera, a simetria se quebra, revelando os dois lados distintos: a força eletromagnética e a força fraca.
Inspirado por essa descoberta, Abdus Salam e uma nova geração de físicos começaram a buscar a próxima unificação: a combinação da força forte com a força eletrofraca. Essa chamada Teoria da Grande Unificação busca descrever três das quatro forças fundamentais — gravidade, por enquanto, continua fora do alcance dessa tentativa de unificação. Contudo, provar a Teoria da Grande Unificação é um desafio monumental.
A física teórica prevê que, em energias extremamente altas, os mensageiros das forças — fótons, glúons e bósons W e Z — desapareceriam, sendo substituídos por uma única partícula unificada, conhecida como bóson X. Experimentos mostram que, em temperaturas crescentes, as forças começam a se aproximar: a força forte enfraquece, enquanto a força fraca se torna mais intensa. Teoricamente, ao aumentar ainda mais a energia, essas forças deveriam convergir em uma única força unificada.
Mas há um problema prático: as energias necessárias para essa unificação estão fora do alcance humano. Elas seriam milhões de milhões de vezes maiores do que as energias da força eletrofraca, alcançáveis em condições que não existem atualmente na Terra ou em qualquer lugar do universo conhecido. Mesmo fenômenos extremos, como ondas de choque de supernovas ou jatos de buracos negros e estrelas de nêutrons, são bilhões de vezes menos energéticos do que seria necessário.
Ainda assim, sabemos que houve um momento no passado do universo em que energias tão altas existiram. Poucos instantes após o Big Bang, durante a chamada Era da Grande Unificação, as três forças estavam unidas em uma só. Essa era foi breve, mas teve consequências profundamente bizarras que moldaram o cosmos como o conhecemos.
PARTE IV: A ERA DA GRANDE UNIFICAÇÃO. Nos arredores da cidade cosmopolita de Genebra, na Suíça, um engenheiro gira a válvula de um recipiente de hidrogênio comprimido. Os átomos de hidrogênio fluem sob alta pressão, passando por um campo elétrico que remove seus elétrons.
O que sobra são prótons “nus”, prontos para preencher um tubo cuidadosamente vedado e sem ar. Dentro desse tubo, os prótons positivamente carregados são acelerados por campos elétricos alternados que os impulsionam a velocidades cada vez maiores. Em pontos específicos, ondas de rádio são aplicadas para dar um empurrão extra, enquanto ímãs superpoderosos curvam o feixe de prótons, fazendo-os seguir uma trajetória circular.
Os prótons percorrem quatro anéis sucessivos, cada um maior e mais longo que o anterior, ganhando velocidade e energia a cada passagem. Finalmente, o feixe é dividido em dois e enviado em direções opostas ao longo de um anel gigantesco, com 27 quilômetros de circunferência. Tudo isso é meticulosamente calculado para que, em um momento exato, dois prótons colidam de frente, liberando uma chuva de partículas subatômicas.
Esse é o Grande Colisor de Hádrons do CERN, o acelerador de partículas mais poderoso do mundo. As colisões de prótons no LHC atingem energias na casa dos dez mil gigaeletronvolts, equivalentes a uma temperatura de aproximadamente cem mil trilhões de graus Celsius. Essa é a maior energia já criada por experimentos na Terra, mas ainda está muito longe de alcançar as energias inimagináveis que existiram no universo primordial.
Se traçarmos o universo em expansão de volta no tempo, veremos que toda a matéria e energia se tornam progressivamente mais densas, compactas e, consequentemente, mais quentes e energéticas. Logo após o Big Bang, os físicos estimam que o universo alcançou uma energia de 10 elevado a 16 gigaeletronvolts — ou seja, 10 seguido por 16 zeros —, equivalente a uma temperatura de cem mil trilhões de trilhões de graus Celsius. Esse nível de energia é cerca de um trilhão de vezes maior do que o Grande Colisor de Hádrons é capaz de alcançar — e provavelmente, do que qualquer experimento humano será capaz de reproduzir.
Embora nunca possamos recriar as condições extremas desses primeiros momentos do cosmos, o trabalho de cientistas como Maxwell, Feynman, Salam e seus colegas nos permite imaginar como as forças fundamentais se comportaram nesse cenário tão extremo. Por um intervalo minúsculo chamado tempo de Planck — cerca de um milionésimo de bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de segundo após o Big Bang —, um reino estranho e incompreensível dominava o universo. Nesse período inicial, a gravidade, como a entendemos hoje, simplesmente não existia.
O universo era pequeno demais, quente demais, e suas condições extremas deram origem à chamada espuma quântica. Esse período é chamado de “a era de planck”. N essa espuma cósmica, micro buracos negros e buracos de minhoca surgiam e desapareciam continuamente, em um estado caótico onde a lógica e a causalidade ainda não tinham lugar.
Mas, ao final desse curtíssimo fragmento de tempo, o universo em expansão esfriou o suficiente para que a força da gravidade começasse a se manifestar como algo distinto. A gravidade, agora separada, tornou-se a primeira força a se destacar. Entretanto, as temperaturas e energias ainda eram tão altas que as outras três forças fundamentais — a forte, a fraca e a eletromagnética — continuavam unificadas, formando o que os físicos chamam de super força eletronuclear.
Durante a era da grande unificação, o cosmos era incrivelmente pequeno — menor do que um único quark. Nesse ambiente diminuto e extremo, ele era preenchido por um mar de fótons que se transformavam espontaneamente em pares de matéria e antimatéria. Esses pares davam origem às menores partículas conhecidas: quarks, os blocos fundamentais de prótons, e léptons, como elétrons e múons.
No entanto, essas partículas não duravam muito tempo. As energias inimaginavelmente altas do universo faziam com que essas partículas rapidamente decaíssem de volta em fótons, impedindo o crescimento real da matéria física no cosmos. Mesmo durante sua curta existência, essas partículas não se comportavam de forma previsível.
A combinação das três forças fundamentais na forma da superforça eletronuclear criava condições completamente caóticas. Os bósons X, mensageiros dessa superforça, desempenhavam um papel essencial nesse caos inicial, convertendo quarks em léptons, matéria em antimatéria, e vice-versa, em um jogo cósmico de transformações constantes. Essa dinâmica era tão imprevisível que parecia um verdadeiro espetáculo de mágica.
Um único toque de um bóson X podia transformar um quark em um lépton, como um truque em que um coelho branco vira um buquê de flores e volta a ser um coelho no instante seguinte. Nesse universo primordial, governado pela superforça, não havia estabilidade ou hierarquia. A composição do cosmos mudava a cada instante, com matéria e antimatéria surgindo e desaparecendo em um equilíbrio dinâmico.
À medida que o universo continuava a se expandir e esfriar, a era da grande unificação chegou a um fim abrupto. Apesar do nome grandioso, essa era durou apenas um trilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de segundo. Nesse momento, a temperatura do cosmos havia caído para cerca de 1.
000 trilhões de trilhões de graus Celsius. Essa queda foi suficiente para que a força forte emergisse como uma força fundamental independente. Assim, a separação da superforça marcou o início de uma nova era: a era eletrofraca, onde o universo passou a ser governado pela gravidade, pela força forte e pela força eletrofraca unificada.
No entanto, mesmo com a força forte surgindo como algo distinto, as temperaturas ainda eram tão altas que os quarks permaneciam livres, incapazes de se unir para formar partículas estáveis como prótons e nêutrons. Esses blocos fundamentais da matéria eram raros e instáveis nesse ambiente extremo. Além disso, com a separação da superforça, os bósons X, mensageiros da grande unificação, também desapareceram, decaindo em uma variedade de quarks e léptons.
Essa transformação foi crucial, pois semeou o universo com partículas que viriam a formar toda a matéria que conhecemos. Muitos cientistas acreditam que essa transição, com a separação da superforça, desencadeou a inflação cósmica — um período de expansão extremamente rápida do universo. Diferentemente da era da grande unificação, que foi incrivelmente breve, a era eletrofraca durou mais tempo em comparação: cerca de 100 bilionésimos de segundo.
Durante esse intervalo, o universo experimentou uma inflação exponencial, esfriou para uma temperatura de aproximadamente três quatrilhões de graus Celsius e viu a criação definitiva de matéria a partir de energia. Finalmente, quando a temperatura das partículas caiu para cerca de 1. 000 gigaeletronvolts, a força fraca e a força eletromagnética se separaram, tornando-se forças distintas.
Foi nesse momento que as quatro forças fundamentais — gravidade, força forte, força fraca e eletromagnetismo — assumiram as formas que reconhecemos hoje. O universo havia passado por uma jornada incrível: de um caos unificado a um sistema organizado e regido pelas leis fundamentais que moldam tudo o que conhecemos. Essa visão de um início unificado do universo é o resultado de mais de 150 anos de avanços na física de partículas experimental e na cosmologia do universo primitivo.
É um castelo teórico erguido sobre revelações extraordinárias acerca das leis fundamentais que governam o cosmos. Mas, com as recentes pistas sugerindo a possível existência de uma quinta força, surge uma questão intrigante: como isso se encaixa nesse modelo cuidadosamente construído? Alguns cientistas sugerem que essa descoberta pode abalar as bases desse castelo de cartas que sustenta nossa compreensão da física de partículas.
Outros, mais otimistas, acreditam que a pequena oscilação anômala dos múons pode ser a chave para desvendar mistérios profundos do universo moderno. Será que essa quinta força está de alguma forma conectada à matéria escura, aquela substância enigmática que mantém as galáxias unidas contra a força de sua própria rotação? Ou talvez tenha alguma relação com a energia escura, cujos efeitos estão apenas começando a ser compreendidos, enquanto acelera a expansão do cosmos?
O tempo, e muito trabalho científico, dirão. O experimento com múons continua no Fermilab, com várias novas medições sendo realizadas enquanto os feixes passam novamente pelo gigantesco ímã. O objetivo é aumentar ainda mais a precisão das medições e, talvez, confirmar algo revolucionário.
Por enquanto, os mais de 200 colaboradores do projeto permanecem cautelosos. Nos resultados preliminares, a chance de que a oscilação dos múons seja apenas um evento aleatório é de uma em 40 mil. Para reivindicar uma descoberta, os cientistas precisam reduzir essa probabilidade para uma em 3,5 milhões.
Se — e quando — isso acontecer, estaremos prontos para dar o próximo passo rumo ao futuro imaginado por Feynman, Salam e Maxwell, e testemunhar mais uma revelação fundamental na física unificada. Para continuar sua jornada de descobertas espaciais, preparamos algo especial para você: o nosso “Guia Definitivo do Sistema Solar”, um eBook exclusivo que desvenda os mistérios de nossa vizinhança cósmica. … Combinando explicações claras e acessíveis com imagens deslumbrantes, esse guia foi cuidadosamente elaborado para proporcionar uma experiência de aprendizado imersiva.
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