E se Aristóteles tinha razão sobre a composição do universo?

De que é feito o Universo? Calculamos que no espaço imensamente grande entre as galáxias haja menos de um átomo por metro cúbico, ocupando um nonilionésimo (zero, vírgula, 30 zeros e o algarismo 1) do volume total. E o resto do espaço? Está vazio? O que significa estar vazio? Se não há nada, diríamos que essencialmente não existe. Mas o vazio precisa existir, porque os átomos podem se mover através dele, e a radiação (ou seja, um campo eletromagnético, ou qualquer outro campo) pode preenchê-lo. Então o vazio não existe? O que há nesse vazio? Ou, melhor dizendo, o que é (porque existe) o vácuo cósmico? Há milênios nos perguntamos sobre a essência do universo, e ocorre que talvez não tenhamos avançado muito em alguns conceitos.

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Todas as culturas conceberam modelos cosmológicos para proporcionar uma visão de tudo o que nos cerca, das plantas e animais até o Sol, a Lua e o firmamento, e nos informar qual é o nosso lugar no universo. Nosso modelo cosmológico atual pode ser entendido como uma evolução de todo o imaginário da humanidade, de todas as ideias e interpretações que foram sendo feitas ao longo de gerações, e que foram preparando e conduzindo a mente humana pelo caminho do conhecimento até chegar ao modelo cosmológico físico-matemático que hoje aceitamos como o mais próximo da realidade, no sentido de que reproduz muitas das observações que fazemos sobre o universo, embora ainda contenha muitas e fundamentais lacunas.

Dentro dessa herança cultural-mental, hoje falamos dos gregos, para os quais todo o cosmos era a combinação de quatro elementos: terra, água, fogo e ar. O universo estaria composto de duas partes, e ficamos com a que interessa aos astrofísicos, a dos céus. Para essa região, Aristóteles pôs sobre a mesa dois conceitos que poderíamos considerar visionários: os céus teriam um movimento perfeito e estariam compostos por algo chamado éter, um quinto elemento que mais tarde se denominou, já em latim, quinta essentia (que chegou a nós como quintessência).

O movimento perfeito bem poderia ser comparado à expansão do universo e ao Princípio Cosmológico, do qual já falamos, que estabelece que o cosmos, incluída sua expansão, é homogêneo (igual em todos os lugares) e isótropo (não há uma direção ou um local privilegiado no Universo, tanto faz para onde se olhe). “Em duas palavras”: per-feita.

A segunda ideia é ainda mais revolucionária: para Aristóteles, e para os astrofísicos hoje, o universo não “está” vazio, poderíamos dizer que “é” vazio, pois o espaço entre as galáxias, o que poderíamos pensar que abriga pouquíssima matéria, na verdade está “cheio” de algo que chamamos de energia do vácuo, ou mesmo de algo um pouco mais complexo que hoje chamamos de quintessência, como a de Aristóteles.

A expansão de um universo que cumpra o Princípio Cosmológico é descrita pelas chamadas equações de Friedmann, que nos dizem que a velocidade de expansão pode crescer ou decrescer (e até ser negativa), segundo o conteúdo do cosmos. A matéria de todo tipo, com sua massa, se atrai por efeitos gravitacionais e luta contra a expansão, tende a pará-la. Toda a radiação eletromagnética que existe no universo, ou os neutrinos que viajam pelo cosmos, põem seu grãozinho de areia para conter a expansão. Qualquer outro componente do universo, conhecido ou desconhecido, deve ter seu efeito. As equações de Friedmann vêm com uma velocidade de expansão e uma aceleração de série, uma constante, chamada cosmológica (da qual Einstein não gostava) que, segundo seu valor, nos diz que o universo de maneira intrínseca começou com tendência a se expandir (constante cosmológica positiva), ou se contrair (constante negativa) ou a ser estático (constante nula, a que agradava a Einstein).

A constante cosmológica, como seu nome indica, não muda ―seu valor foi, é e sempre será o mesmo, de maneira análoga à constante de Gravitação Universal, à de Planck e a dos gases perfeitos. Vários experimentos feitos nos últimos 20 anos nos indicam que seu valor é positivo e que o universo está acelerando sua expansão. Verdade seja dita, esse resultado conta com um nível de certeza bastante “baixo” para o que nós, os físicos, consideramos confiável: estamos 99,7% seguros, mas normalmente consideramos algo como certo se nosso nível de segurança for de pelo menos 99,9999993%.

Pois bem, a expansão acelerada pode ser explicada com uma constante cosmológica ou se existir algo que banha o universo e tem propriedades contrárias à matéria ou à radiação de que falávamos antes, algo que luta a favor da expansão, o que se conhece como energia do vácuo ou escura. Seria como o Nada de A História Sem Fim, e vai ganhando o jogo de se espalhar por um universo que se amplia cada vez mais rapidamente. Essa energia do vácuo, se existir e for constante no tempo, seria indistinguível da existência de uma constante cosmológica. Poderia ser uma espécie de quinta força da natureza, unindo-se à gravitacional e a eletromagnética (a forte e a fraca), mas em vez de ser atrativa seria repulsiva. Ou uma nova forma de matéria-energia que não poderia ser esquentada nem esfriada; nem molhada nem secada, como definiu Aristóteles o éter, algo completamente diferente e que não interagiria com as quatro formas de matéria-energia conhecidas: matéria ordinária (a que compõe aquilo que vemos), matéria escura (que não vemos e dominaria a massa do universo), neutrinos e radiação eletromagnética (luz).

Ainda há um passo a mais na passagem dessa quinta força, ou quinto elemento para a tal quintessência: permitir que essa energia do vácuo não seja constante, varie com o tempo. Esta seria a definição de quintessência: uma forma de energia desconhecida que trabalha em nível cósmico para acelerar o universo, ou poderia inclusive desacelerá-lo se suas propriedades mudarem com o tempo. Sendo variável, talvez não devêssemos chamá-la de quintessência, e sim de k-essência ou cinessência, porque para Aristóteles a quintessência não muda nem se degrada, é uma substância perfeita que forma os corpos celestes. Para o filósofo grego, a quintessência também tem em sua natureza o movimento perfeito, enquanto a matéria que forma a Terra (e inclusive parte da Lua, que está nos céus e deveria ser pura, mas apresenta imperfeições: as crateras e mares) tende a cair e parar (o que recorda a gravidade e a luta contra a expansão). E a quintessência seria eterna, o que poderia facilmente ser comparado a teorias cosmológicas que identificam a energia escura como a responsável pela expansão e pelo começo do espaço-tempo tal qual o conhecemos.

Existe a energia escura, a quintessência, a cinessência? Se existir algo assim, desconhecemos 70% do universo. Que experimento podemos conceber para estudar algo que não sabemos o que é, que não tem massa, que não interage com a luz, que não é como nenhuma outra força que conhecemos, mas que é o que mais influencia no espaço-tempo? Teremos que continuar investigando porque, como dizia Aristóteles, todo ser humano de maneira natural deseja o conhecimento, e resta muito por adquirir, então também é preciso usar a imaginação, a fantasia de Aristóteles.

Pablo G. Pérez González é pesquisador do Centro de Astrobiologia, ligado do Conselho Superior de Pesquisa Científica e do Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA) da Espanha.

Patricia Sánchez Blázquez é professora titular na Universidade Complutense de Madri (UCM).