The exoplanets analogy to the Multiverse
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O documento discute a analogia entre exoplanetas e o multiverso para explicar o problema do ajuste fino nos parâmetros do Universo. Apresenta três motivos para se pensar em um multiverso e sugere que o ajuste fino no Universo, assim como em planetas, pode ser explicado pela existência de muitos outros universos, da mesma forma que a habitabilidade da Terra implica a existência de muitos exoplanetas.
The exoplanets analogy to the Multiverse
- 1. A ANALOGIA DE EXOPLANETAS PARA O MULTIVERSO Osame Kinouchi Seminários FAMB 11/novembro/2015
- 2. TRÊS MOTIVOS PARA SE PENSAR UM MULTIVERSO: 1. TEORIA DE INFLAÇÃO
- 3. TRÊS MOTIVOS PARA SE PENSAR UM MULTIVERSO: 2. RELEVO DE SOLUÇÕES EM SUPERCORDAS ~ 10500 TIPOS DE UNIVERSOS
- 4. TRÊS MOTIVOS PARA SE PENSAR UM MULTIVERSO: 3. PROBLEMAS DE AJUSTE FINO Constante cosmológica Λ O(10-120) Parâmetros de inflação G, α, mn/mp, mp/me Outros parâmetros do modelo-padrão Etc. Life at the interface of particle physics and string theory A. N. Schellekens Rev. Mod. Phys. 85, 1491 2 October 2013
- 5. TRABALHOS TEÓRICOS SOBRE O MULTIVERSO NO ARXIV.ORG 24 papes até 10/11/2015
- 7. DOCUMENTÁRIOS YOUTUBE Além do Cosmos: O Multiverso (Dublado) Documentário National Geographic TED - Brian Greene - O Multiverso e a Teoria de Cordas Teoria das Super Cordas - BBC - Multiverso - Universos Paralelos NOVA - O Tecido do Cosmos - O que é o Espaço ? Putting The Multiverse To The Test - Perimeter Institute for Theoretical Physics
- 8. SUGESTÕES BIBLIOGRÁFICAS Bousso R., The Cosmological Constant Problem, Dark Energy, and the Landscape of String Theory, in Proceedings of Subnuclear Physics: Past, Present and Future, (Pontificial Academy of Sciences, Vatican, 2011). Guth A. H., Kaiser D. I., Nomura Y., Inflationary paradigm after Planck 2013, Phys. Lett. B 733: 112-119 (2014). Schellekens A. N., Life at the interface of particle physics and string theory, Rev. Mod. Phys. 85, 1491 (2013). Weinberg S., Living in the Multiverse, in Universe or Multiverse?, ed. B. Carr (Cambridge University Press, Cambridge, 2009). Wilczek F., Multiversality, Class. Quantum Grav. 30: 193001 (2013).
- 9. BIBLIOGRAFIA DESTE COLÓQUIO The exoplanets analogy to the Multiverse arXiv:1506.08060 Osame Kinouchi (Submitted on 16 Jun 2015) Teísmo, ateísmo e cenários de evolução no multiverso Osame Kinouchi http://www.abhr.org.br/wp-content/uploads/2013/09/Anais- simp%C3%B3sio-da-ABHR-Sudeste.pdf Cenários de seleção natural em cosmologia Osame Kinouchi organizadores: Rodrigo Petronio | Clarissa de Franco editora: UNISINOS (2014)
- 10. CRÍTICAS À IDEIA DE MULTIVERSO Outros universos não são observáveis (Multiverso = Metafísica) Tudo o que pode ocorrer ocorre: a ideia não é preditiva Problema da medida: até agora não se definiu uma distribuição de probabilidades no espaço de parâmetros do Multiverso Desestimula a busca de explicações físicas para o ajuste fino Desestimula a busca de TOE (Theory of Everything) sem parâmetros livres
- 11. POSSÍVEIS RESPOSTAS Teste experimental: Colisões entre universos pode deixar cicatrizes na radiação cósmica de fundo. Inflação está ganhando forte suporte empírico e a teoria prediz um multiverso. Problema da medida está sendo ativamente estudado. Teoria de supercordas prediz um Multiverso. Uma TOE sem parâmetros livres não parece ser viável.
- 12. INFLAÇÃO PREDIZ EFEITO DE ONDAS GRAVITACIONAIS NA RADIAÇÃO CÓSMICA DE FUNDO
- 13. CHOQUE ENTRE UNIVERSOS NO INÍCIO DO BIG BANG PODE PRODUZIR ANOMALIAS NA RADIAÇÃO CÓSMICA DE FUNDO
- 14. FLUXO DE BARIONS ENTRE UNIVERSOS NO BIG BANG New Scientist, 28/outubro/2015 Mystery bright spots could be first glimpse of another universe Light given off by hydrogen shortly after the big bang has left some unexplained bright patches in space. Are they evidence of bumping into another universe?
- 15. A ANALOGIA DE EXOPLANETAS PARA O MULTIVERSO: AJUSTE FINO PLANETÁRIO Existem parâmetros astronômicos puramente acidentais que não podem ser previstos pelas leis da Física Exemplos: raio R da órbita da Terra, excentricidade ε da órbita, massa MS do Sol, massa MT da Terra, raio RT da Terra, volume de água A, etc. Todos esses parâmetros constituem um ajuste fino que permite a vida na Terra Querer que uma teoria determine esses parâmetros é uma ilusão (sonho de Kepler)
- 16. A SOLUÇÃO NATURAL É POSTULAR A EXISTÊNCIA DE INÚMEROS EXOPLANETAS (MULTIPLANETAVERSO) Essa solução era razoável mesmo quando se pensava que exoplanetas seriam indetectáveis (= metafísica) Experimento de pensamento: o que se pode saber sobre o mundo estando trancado dentro de um quarto fechado? O que podemos saber sobre os exoplanetas sem olhar para as estrelas?
- 17. ANALOGIA: EXOPLANETA = UNIVERSO Problema do ajuste fino da Terra: PT = (R, ε, MS, MT, RT, A, etc.) PT está dentro da região Uh de parâmetros de planetas habitáveis O volume U total de parâmetros para planetas é muito grande: Uh << U . Problema do ajuste fino do Universo: PU = (Λ, G, α, mn/mp, etc.) PU está dentro da região Uh de parâmetros de universos habitáveis O volume U total de parâmetros para universos é muito grande: Uh << U .
- 18. POSSÍVEIS SOLUÇÕES PARA O AJUSTE FINO DA TERRA 1. Existe um criador que fez o ajuste fino dos parâmetros da Terra (exoplanetas não necessários) 2. O ajuste fino ocorreu por puro acaso. 3. O ajuste fino ocorre por causa física bem determinada (TOE planetária). 4. Existem inúmeros exoplanetas (Multiplanetaverso) e dentre eles uns poucos caem na região de parâmetros Uh. A Terra é um desses planetas.
- 19. POSSÍVEIS SOLUÇÕES PARA O AJUSTE FINO DO UNIVERSO 1. Existe um criador que fez o ajuste fino dos parâmetros do universo (outros universos não necessários) 2. O ajuste fino do Universo ocorreu por puro acaso. 3. O ajuste fino do Universo ocorre por causa física bem determinada (TOE sem parâmetros livres). 4. Existem inúmeros Universos (Multiverso) e dentre eles uns poucos caem na região de parâmetros com ajuste fino. Nosso Universo é um deles. (Giordano Bruno?)
- 20. O QUE PODEMOS SABER SOBRE OS EXOPLANETAS OLHANDO APENAS PARA A TERRA (E O SOL)? Teorema de Bayes: 𝑃 𝑥 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑃 𝑇 𝑥 𝑃(𝑥) 𝑃(𝑃 𝑇) x = parâmetro planetário PT = (R, ε, MS, MT, RT, A)
- 21. EXEMPLO TRIVIAL: O AJUSTE FINO DE PT SUGERE QUE DEVEM EXISTIR MUITOS EXOPLANETAS N = número de exoplanetas na galáxia 𝑃 𝑁 𝑃 𝑇 = 𝑃(𝑃 𝑇 |𝑁) 𝑃(𝑁) 𝑃(𝑃 𝑇 ) Devido ao ajuste fino, P(PT|N) é de ordem O(1) apenas quando N >>1. Mesmo com uma função pessimista decrescente P(N) = exp(-cN) , temos P(N|PT) grande apenas para N >>1. Provavelmente, P(N) deve ser gaussiana com média N0 grande: 𝑃 𝑁 = ∝ 𝑒− 𝑁−𝑁0 2/𝜎2
- 23. EXEMPLO 1: NÚMERO DE PLANETAS ROCHOSOS NO SISTEMA SOLAR n = # planetas rochosos P(n) = função decrescente com n P(PT|n) = função crescente com n P(PT) = probabilidade a priori de obter planeta com PT = constante Procurar n que maximiza: 𝑃 𝑛 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑃 𝑇 𝑛 𝑃(𝑛) 𝑃(𝑃 𝑇) Solução: n > 1, existem outros planetas rochosos no sistema solar
- 24. OUTRAS POSSIBILIDADES DE HABITABILIDADE: ESTRELAS VERMELHAS E EXOLUAS
- 25. EXEMPLO 2: PORQUE O SOL É UMA ESTRELA G (AMARELA)? 𝑃 𝐴 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑃 𝑇 𝐴 𝑃(𝐴) 𝑃(𝑃 𝑇) 𝑃 𝑉 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑃 𝑇 𝑉 𝑃(𝑉) 𝑃(𝑃 𝑇) Mas P(A) = 1/10 P(V) Assumindo tipicalidade devemos ter P(PT|A) > 10 P(PT|V) Razão: Ventos solares destroem atmosferas em planetas na zona habitável de estrelas M (vermelhas) (Cohen et al., 2014)
- 26. PORQUE NÃO VIVEMOS EM UMA LUA DE PLANETA GIGANTE? 𝑃 𝐿 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑃 𝑇 𝐿 𝑃(𝐿) 𝑃(𝑃 𝑇) 𝑃 𝑇 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑃 𝑇 𝑇 𝑃(𝑇) 𝑃(𝑃 𝑇) O fato de habitarmos um planeta em vez de luas (muito mais numerosas) sugere que deve existir algum motivo para que P(T|PT) > P(L|PT) Razão: fluxo de energia e estabilidade orbital (Heller, 2012)
- 27. OUTRAS PREDIÇÕES PODEM SER FEITAS SEM OLHAR PARA AS ESTRELAS! Para que P(PT|x) seja maximizado devemos ter: • Muitas estrelas como o Sol • Muitos exoplanetas dentro de zona habitável •Muitos exoplanetas com pouca excentricidade orbital • Muitos exoplanetas com raio similar à Terra • Muitos exoplanetas com massa similar à Terra • Água abundante nos exoplanetas O que torna a Terra rara não são esses fatores individuais, mas a probabilidade conjunta P(R, ε, MS, MT, RT, A, etc.) = PT Exemplo: se cada probabilidade para a faixa antrópica desses parâmetros fosse P(x) = 1/10 (pequeno ajuste fino), o ajuste fino total seria PT = 10-6
- 28. CONCLUSÃO: O AJUSTE FINO É INFORMATIVO! O ajuste fino da Terra para a Vida (e não apenas o ajuste evolucionário da Vida para a Terra) fornece informação sobre a existência e natureza de muitos outros planetas. Se a analogia de Steven Weinberg for válida, o ajuste fino do Universo para a Vida deverá fornecer informação sobre outros universos (Multiverso): no mínimo, que eles devem existir e devem ter parâmetros físicos muito variados. Isto independe da Teoria de Inflação e da Teoria de Supercordas Resta pensar que tipo de variação nos parâmetros dos universos é possível, e qual a densidade de probabilidade desses parâmetros (problema da medida). É bem possível que, antes disso, observações na radiação cósmica de fundo forneçam evidências mais fortes de Inflação e do Multiverso.
- 29. A scientific truth does not triumph by convincing its opponents and making them see the light, but rather because its opponents eventually die and a new generation grows up that is familiar with it. Max Planck. Science advances one funeral at a time. Paráfrase.