Uma Breve História do Tempo

Newton descreveu a gravidade como uma força invisível que atrai objetos uns em direção aos outros através do espaço vazio. Einstein substituiu completamente esta imagem. Na sua teoria da relatividade geral de 1915, objetos massivos deformam o tecido do espaço-tempo, e objetos menores simplesmente seguem os caminhos mais retos possíveis — chamados geodésicas — através dessa paisagem curva.

Imagine uma bola de bowling sobre um trampolim. Um berlinde próximo rola em direção à bola de bowling não por causa de uma "força", mas porque a superfície está curva. A luz também se curva perto de objetos massivos — o que foi confirmado durante um eclipse solar em 1919, quando a luz das estrelas que passava perto do Sol foi defletida, fazendo com que as estrelas parecessem deslocadas das suas posições reais. As previsões de Einstein corresponderam às observações; as de Newton, não exatamente.

No início do século XIX, Laplace sonhava que conhecer a posição e a velocidade de cada partícula no universo permitiria prever todo o futuro. Em 1926, Werner Heisenberg destruiu esse sonho. O seu princípio da incerteza provou que medir com precisão a posição de uma partícula perturba a sua velocidade, e vice-versa — não por causa de instrumentos desajeitados, mas como uma lei inescapável da natureza.

A mecânica quântica substituiu certezas por probabilidades. Em vez de prever exatamente onde uma partícula estará, indica a probabilidade de vários resultados. Einstein protestou — "Deus não joga aos dados" — mas as experiências confirmaram a mecânica quântica com uma precisão extraordinária. Ela está na base dos transístores, dos lasers e de toda a eletrónica moderna. Ironicamente, o próprio Einstein ganhou o seu Prémio Nobel por contribuir para a teoria quântica em que não confiava.

Antes do cálculo de Hawking em 1974, todos assumiam que nada podia escapar do horizonte de eventos de um buraco negro — a fronteira além da qual a gravidade aprisiona até a luz. Mas a mecânica quântica altera o panorama. O espaço "vazio" fervilha constantemente com pares virtuais de partícula-antipartícula que surgem e desaparecem. Perto da borda de um buraco negro, uma partícula pode cair com energia negativa enquanto a sua parceira escapa como radiação real.

Esta é a radiação de Hawking, a descoberta emblemática do livro. De forma contraintuitiva, buracos negros menores são mais quentes e irradiam mais rapidamente — um buraco negro primordial com a massa de uma montanha brilharia a cerca de dez mil megawatts, o suficiente para alimentar dez grandes centrais elétricas. À medida que irradiam, encolhem, aquecem ainda mais e podem eventualmente explodir por completo. Quando Hawking anunciou este resultado pela primeira vez, o presidente da sessão declarou que era "tudo disparate".

Esta é a ideia mais ambiciosa do livro. Trabalhando com Jim Hartle, Hawking propôs a condição de ausência de fronteira: se descrevermos o universo usando tempo imaginário — uma técnica matemática em que o tempo se comporta como uma dimensão espacial — então o espaço-tempo não tem fronteira nem borda, tal como a superfície da Terra é finita mas não tem nenhum precipício de onde cair. O Polo Norte não é um "início" da Terra; é apenas um ponto regular.

Da mesma forma, o big bang não seria uma verdadeira fronteira, mas um ponto suave e comum no espaço-tempo — sem singularidade, sem momento de "criação" que exigisse intervenção externa. Hawking propôs isto pela primeira vez numa conferência organizada pelo Vaticano, observando que ficou contente por o Papa não ter compreendido a implicação: que não haveria papel para um criador desempenhar.

Hawking identifica três setas do tempo que apontam todas na mesma direção:
1. Termodinâmica — a entropia (desordem) aumenta
2. Psicológica — lembramo-nos do passado, não do futuro
3. Cosmológica — o universo expande-se em vez de contrair-se

A ideia-chave é que a memória custa energia. Registar informação — num cérebro ou num computador — requer passar de um estado desordenado para um ordenado, o que expele calor e aumenta a desordem total. Hawking calcula que ler o seu livro converte cerca de mil calorias em calor residual, aumentando a desordem universal em aproximadamente vinte milhões de milhões de milhões de milhões de unidades — cerca de dez milhões de milhões de milhões de vezes mais do que a ordem que o seu cérebro ganhou. Definimos "para a frente no tempo" como a direção em que a entropia aumenta, tornando a segunda lei da termodinâmica quase tautológica.

Segundos após o big bang, o universo fervilhava com quantidades iguais de matéria e antimatéria que se aniquilavam mutuamente em radiação. Se o equilíbrio tivesse sido perfeito, tudo se teria cancelado — sem galáxias, sem estrelas, sem nós. Mas as leis da física não são perfeitamente simétricas entre matéria e antimatéria.

Em 1964, Cronin e Fitch descobriram que certos decaimentos de partículas violam a simetria CP — a regra segundo a qual trocar partículas por antipartículas e inverter esquerda e direita deveria parecer idêntico. Esta pequena assimetria significou que ligeiramente mais quarks do que antiquarks sobreviveram à grande aniquilação. Esse excedente minúsculo tornou-se cada átomo no universo visível. As teorias de grande unificação, que preveem que os quarks podem transformar-se noutras partículas a energias extremas, oferecem uma explicação para como este desequilíbrio surgiu na fornalha do cosmos primitivo.

Hawking define uma boa teoria como aquela que descreve muitas observações com poucas suposições e faz previsões testáveis. Pode-se testar uma teoria um milhão de vezes, mas nunca se pode prová-la — uma única observação contraditória pode derrubá-la. Este é o princípio da falsificabilidade de Karl Popper: as melhores teorias arriscam-se com previsões que podem estar erradas.

A gravidade de Newton reinou durante mais de dois séculos até que a órbita de Mercúrio revelou uma pequena oscilação inexplicada. A relatividade geral de Einstein explicou-a perfeitamente. No entanto, os cientistas continuam a usar as equações de Newton diariamente porque a discrepância é negligenciavelmente pequena para situações quotidianas. A ciência não marcha em direção a uma verdade final — constrói aproximações sucessivamente melhores, cada uma sobrevivendo apenas até que uma teoria mais precisa a substitua.

A física moderna assenta em dois pilares que se contradizem: a relatividade geral governa a gravidade e o cosmos, enquanto a mecânica quântica governa as partículas subatómicas. Unificá-los é a demanda definidora da física contemporânea. A teoria das cordas — que reimagina as partículas como vibrações em minúsculas cordas unidimensionais — requer 10 dimensões, com as seis extra enroladas num tamanho inferior ao de um átomo. Hawking suspeita que possamos precisar de teorias sobrepostas, como mapas que cobrem um globo, em vez de uma única equação mestra.

Mas mesmo as equações completas deixam um mistério. Hawking pergunta o que "sopra fogo" nas equações — por que existe um universo para elas descreverem? Uma teoria unificada coroaria a conquista intelectual da humanidade. Contudo, se o universo precisa de um criador, ou simplesmente existe, pode estar além daquilo que as equações sozinhas conseguem responder.