“Por que existe algo em vez de nada?” costuma soar como uma pergunta sem resposta possível — grande demais até para ser feita. Mas a partir da década de 1970, uma parte da física teórica passou a tratá-la de um jeito diferente: não como um enigma insolúvel, mas como um problema técnico específico. Se as leis da mecânica quântica e da relatividade geral são válidas mesmo em condições extremas, o que elas realmente preveem sobre a possibilidade de um universo surgir a partir de um estado sem espaço, sem tempo e sem matéria comum?
Este texto não trata de metafísica. Trata do que um punhado de físicos — com destaque para o cosmólogo Alexander Vilenkin, da Tufts University, e para Alan Guth, do MIT, criador da teoria da inflação cósmica — efetivamente publicou em periódicos revisados por pares para tentar responder a essa pergunta com as ferramentas da física teórica. E trata, com igual cuidado, dos limites que essas propostas reconhecidamente têm.
O problema, colocado em termos de física
Antes de qualquer proposta de solução, vale isolar o que está sendo perguntado. Em cosmologia, “nada” não é usado como sinônimo de espaço vazio. Um espaço vazio — ausência de partículas dentro de uma região — ainda é algo: uma extensão espacial que existe, atravessada pelo tempo, sujeita a leis físicas, e, em mecânica quântica, preenchida por campos que nunca ficam totalmente inertes mesmo no seu estado de menor energia.
O “nada” que aparece nos artigos técnicos sobre a origem do universo é mais radical: um estado hipotético sem geometria espaço-temporal clássica alguma — sem antes, sem depois, sem “aqui” nem “lá”. A pergunta que a física tenta formular de maneira precisa é se, a partir de um estado assim, um universo com espaço, tempo e energia poderia emergir como consequência de leis quânticas, sem exigir um evento anterior que o tivesse causado no sentido cotidiano da palavra.
Essa distinção entre “espaço vazio” (que já é um objeto físico) e “ausência total de espaço-tempo” é o ponto de partida de tudo o que segue — e, como veremos adiante, também é onde as duas noções mais frequentemente se confundem no debate público.
A proposta de Vilenkin: o universo que atravessou uma barreira quântica
Em 1982, Alexander Vilenkin publicou na revista Physics Letters B um artigo curto e influente chamado “Creation of universes from nothing” (“Criação de universos a partir do nada”). A proposta usa um fenômeno bem estabelecido da mecânica quântica — o tunelamento — e o aplica à cosmologia inteira.
Tunelamento quântico é o processo pelo qual uma partícula pode atravessar uma barreira de energia que, pela física clássica, seria intransponível: não porque ganhe energia para “pular” a barreira, mas porque a mecânica quântica permite uma probabilidade não nula de que ela simplesmente apareça do outro lado. É o mesmo princípio por trás do decaimento radioativo de núcleos atômicos, algo observado e medido rotineiramente em laboratório.
Vilenkin propôs tratar a origem do universo como um processo estruturalmente análogo. Ele descreveu matematicamente um “universo fechado” de tamanho zero — sem extensão espacial alguma — que, por tunelamento quântico, passa a existir com um tamanho finito e uma energia de vácuo muito alta, que então impulsiona uma fase de expansão acelerada. Em textos posteriores voltados a um público mais amplo, Vilenkin insistiu num ponto que costuma se perder nas versões simplificadas da sua ideia: não existe, antes do universo, um espaço vazio de onde ele “brota” — não há espaço nenhum. Na sua própria formulação, comparando com bolhas que aparecem em um líquido, ele observou que, no caso do universo, “não há espaço a partir do qual ele possa aparecer”: o universo recém-criado é, segundo a proposta, todo o espaço que existe, e fora dele não há nem espaço nem tempo.
Um segundo ponto que Vilenkin faz questão de esclarecer é sobre causalidade. Ele descreve esse tipo de evento quântico como algo que não exige uma causa no sentido clássico — assim como não se pergunta “o que causou” o instante exato em que um átomo radioativo específico decai, porque a mecânica quântica descreve esses eventos como fundamentalmente probabilísticos, e não determinados por uma cadeia causal anterior.
A conta que fecha em zero: energia positiva, gravidade negativa
Uma segunda linha de raciocínio, frequentemente citada ao lado da de Vilenkin, é conhecida como a hipótese do “universo de energia total zero”. A ideia é mais antiga do que normalmente se imagina: o físico Pascual Jordan já havia especulado, durante a década de 1940, que a energia positiva de uma estrela poderia ser exatamente cancelada por sua energia gravitacional negativa. Richard Feynman fez os primeiros cálculos relevantes sobre o tema em 1962. Mas a formulação que conectou essa ideia diretamente à origem do universo veio do físico Edward Tryon, que em 1973 publicou na revista Nature o artigo “Is the Universe a Vacuum Fluctuation?” (“O universo é uma flutuação de vácuo?”), propondo que o universo inteiro poderia ter se originado como uma flutuação quântica de energia de vácuo — desde que sua energia total, somando tudo, fosse igual a zero.
O argumento físico por trás disso depende de uma característica pouco intuitiva da gravitação: em relatividade geral, a energia associada a um campo gravitacional pode ser tratada como negativa. Alan Guth, que em 1980 propôs a teoria da inflação cósmica para explicar por que o universo observável é tão uniforme e plano em larga escala, tornou-se um dos principais defensores públicos desse raciocínio. Guth argumenta que a energia positiva contida na matéria e na radiação do universo é, em princípio, cancelada pela energia gravitacional negativa associada à expansão do espaço — de modo que a energia total do universo, somada de ponta a ponta, poderia ser exatamente zero. Em suas próprias palavras, difundidas em palestras e no livro em que narra o desenvolvimento da teoria da inflação, “a energia de um campo gravitacional — qualquer campo gravitacional — é negativa”, e é essa contabilidade que leva Guth a descrever o universo, em tom deliberadamente provocador, como “o definitivo almoço grátis”: um sistema cuja quantidade total conservada — a energia — nunca precisou, a rigor, deixar de ser zero.
É importante notar o que esse argumento faz e o que ele não faz. Ele não elimina a necessidade de uma estrutura física prévia — leis quânticas, um campo, uma geometria em que a noção de “energia gravitacional” faça sentido. O que ele mostra é que a quantidade de matéria, energia e estrutura hoje visíveis no universo observável não é, por si só, uma objeção física ao cenário de origem quântica: não é necessário “importar” uma grande quantidade de energia de algum lugar, porque a soma pode já ser nula.
Vácuo quântico não é sinônimo de “nada”
Este é o ponto em que mais se cruzam ciência e confusão conceitual, inclusive em textos de divulgação: tratar “vácuo quântico” e “nada absoluto” como a mesma coisa.
Em teoria quântica de campos, o vácuo é definido como o estado de menor energia possível de um sistema — mas “menor energia possível” não é o mesmo que “zero energia” e muito menos “ausência de existência”. O chamado princípio da incerteza impede que campos quânticos tenham valor e taxa de variação simultaneamente bem definidos e nulos, o que se traduz em flutuações de energia mensuráveis mesmo no vácuo: é o chamado efeito de ponto zero. Esse vácuo quântico obedece a equações precisas, existe dentro de uma estrutura de espaço-tempo, e é regido pelas mesmas leis que descrevem partículas e campos em qualquer outro estado. Fenômenos como a radiação Hawking prevista em buracos negros e o efeito Casimir — a atração mensurável entre duas placas metálicas colocadas muito próximas no vácuo, causada pela diferença de flutuações de campo dentro e fora do espaço entre elas — são consequências físicas diretas dessa estrutura.
Ou seja: um vácuo quântico já é “algo” no sentido mais relevante para a física — um objeto com propriedades matemáticas bem definidas, inserido em um espaço-tempo, sujeito a leis. É radicalmente diferente da “ausência total de espaço, tempo e leis físicas” que o problema filosófico original coloca sobre a mesa.
Esse é exatamente o motivo pelo qual a proposta de Vilenkin de 1982 não parte de um vácuo quântico comum, mas de algo anterior a ele: um estado sem geometria espaço-temporal clássica alguma, do qual o próprio espaço-tempo (e, com ele, qualquer vácuo no sentido usual do termo) emergiria por tunelamento. É uma proposta mais ambiciosa do que a de Tryon — e, por isso mesmo, mais difícil de formalizar e de testar, como qualquer cosmólogo trabalhando no tema reconhece.
Uma proposta concorrente: um universo sem fronteira alguma
A proposta de Vilenkin não é a única tentativa séria de tratar matematicamente a origem do universo. Em 1983, os físicos James Hartle e Stephen Hawking publicaram na Physical Review D o artigo “Wave function of the Universe” (“Função de onda do universo”), propondo o que ficou conhecido como a “proposta sem fronteira” (no-boundary proposal).
A ideia de Hartle e Hawking usa uma técnica matemática — tempo imaginário, tratado formalmente como se fosse mais uma dimensão espacial — para descrever um universo cuja geometria, na origem, se assemelha à superfície de uma esfera: assim como não existe um ponto específico “ao sul do Polo Sul” no globo terrestre, não haveria, nessa proposta, um instante específico que funcione como “antes” do início do tempo. O universo, nesse cenário, simplesmente não tem fronteira de onde perguntar “o que veio antes” — a pergunta deixa de ter aplicação, não porque tenha sido respondida, mas porque a geometria proposta a torna mal formulada.
A comparação entre as duas propostas é reveladora do estado real da pesquisa nessa área. Segundo o próprio Vilenkin e colaboradores, a diferença matemática entre sua proposta de tunelamento e a proposta sem fronteira de Hartle e Hawking se resume, tecnicamente, a um sinal trocado em uma das equações centrais — e ainda assim as duas levam a previsões físicas diferentes sobre que tipo de universo deveria ter emergido. A proposta de tunelamento tende a favorecer, segundo seus proponentes, universos com mais matéria e energia sem precisar de argumentos adicionais; a proposta sem fronteira exige recorrer a raciocínios sobre seleção entre múltiplos universos possíveis para chegar a algo parecido com o cosmos observado. O debate entre as duas abordagens segue ativo entre especialistas até hoje, com físicos como Neil Turok questionando publicamente a consistência matemática da proposta sem fronteira, e seus defensores respondendo com igual rigor técnico. Não há, portanto, consenso fechado sobre qual formulação — se alguma — está correta.
Isso é física testável, ou só matemática elegante?
Uma pergunta legítima diante de qualquer uma dessas propostas é se elas realmente merecem ser chamadas de “ciência” no sentido mais exigente do termo: fazem previsões que poderiam, em princípio, ser verificadas ou refutadas por observação?
A resposta honesta, dada pelos próprios autores dessas propostas, é matizada. A teoria da inflação cósmica — o pano de fundo que conecta a proposta de Vilenkin ao universo observável — já produziu previsões testáveis e amplamente confirmadas: um universo espacialmente quase plano em larga escala e um padrão específico de pequenas variações de densidade, ambos observados com alta precisão em levantamentos do fundo cósmico de micro-ondas. Isso dá à inflação, como estrutura geral, um grau de sustentação empírica real.
Mas o estágio anterior — o mecanismo específico de nucleação quântica a partir de um estado sem espaço-tempo — é outra história. O próprio Vilenkin, em textos escritos para um público mais amplo, foi direto sobre esse ponto: descreveu sua proposta de criação quântica como “não mais do que uma hipótese especulativa”, acrescentando que “não está claro como, ou se, ela pode ser testada observacionalmente”. Esse tipo de ressalva, vinda do próprio autor da proposta, é exatamente o tipo de honestidade epistemológica que distingue ciência de especulação disfarçada de ciência: a proposta é formulada com rigor matemático e é consistente com as leis físicas conhecidas, mas ainda não alcançou o patamar de uma previsão verificável de maneira independente — o que a mantém, hoje, no território de uma hipótese teórica séria, e não de um resultado estabelecido.
Onde a física para — e por que isso não é uma falha
Chega-se, então, ao limite mais importante de se explicitar com clareza. As propostas descritas aqui — tunelamento quântico a partir de um estado sem espaço-tempo, cancelamento de energia entre matéria e gravidade, geometrias sem fronteira temporal — explicam, no melhor dos casos, como um universo com as propriedades que observamos poderia ter emergido de um estado anterior radicalmente diferente do que chamamos hoje de espaço, tempo e matéria.
Nenhuma delas explica por que existem, em primeiro lugar, os objetos matemáticos que tornam esse raciocínio possível: por que há algo como a mecânica quântica, por que existe um “campo” ou uma “geometria” capaz de tunelar, por que as equações que descrevem esse processo têm a forma que têm e não outra. O próprio Vilenkin reconhece esse limite de forma direta, admitindo que sua estrutura teórica não tem como abordar por que essas leis físicas específicas — e não outras, ou nenhuma — estão em vigor.
Essa não é uma admissão de fracasso da física, mas uma demarcação precisa do que o método científico está, por construção, apto a fazer. A física constrói modelos matemáticos que descrevem como um sistema evolui a partir de condições anteriores e os testa contra observação. Ela é extraordinariamente bem-sucedida nisso — a ponto de conseguir formular, com rigor, cenários testáveis para transições que décadas atrás pareciam pertencer exclusivamente à especulação. Mas perguntar por que existe, antes de qualquer condição inicial, uma estrutura matemática de leis físicas capaz de operar é uma pergunta que, pela própria natureza do método, está fora do alcance de qualquer equação — não porque a física tenha falhado em respondê-la, mas porque toda equação já pressupõe algum arcabouço físico para poder ser escrita.
Reconhecer esse limite com precisão — nem inflando o que a cosmologia quântica já demonstra, nem descartando o valor real dessas propostas — é o que separa a divulgação científica séria de simplificações em qualquer direção. O que a física efetivamente oferece hoje é uma resposta parcial, mas genuína e matematicamente rigorosa, para uma parte específica da pergunta original: como um universo com as propriedades do nosso poderia ter surgido de um estado anterior sem espaço-tempo clássico. Isso já é, por si só, um dos capítulos mais ambiciosos já escritos pela física teórica — mesmo sabendo, com igual clareza, onde essa história para.
Fontes citadas neste artigo:
- Vilenkin, A. (1982). “Creation of universes from nothing.” Physics Letters B, 117(1–2), 25–28.
- Tryon, E. P. (1973). “Is the Universe a Vacuum Fluctuation?” Nature, 246, 396–397.
- Hartle, J. B., & Hawking, S. W. (1983). “Wave function of the Universe.” Physical Review D, 28(12), 2960–2975.
- Vilenkin, A. “The Beginning of the Universe.” Inference: International Review of Science — artigo de divulgação do próprio autor da proposta de 1982, incluindo suas ressalvas sobre testabilidade e limites explicativos da hipótese.
- Guth, A. H., & Steinhardt, P. J. “The Inflationary Universe”, em Davies, P. (ed.), The New Physics (Cambridge University Press, 1992) — origem da caracterização do universo como “o definitivo almoço grátis” e da discussão sobre energia gravitacional negativa.
- “Zero-energy universe” — verbete de referência geral sobre a história do argumento de cancelamento de energia (Jordan, Feynman, Tryon, Guth), usado para checagem cronológica e de atribuição.
- Wolchover, N. “Physicists Debate Hawking’s Idea That the Universe Had No Beginning.” Quanta Magazine, 2019 — cobertura jornalística especializada sobre o debate técnico entre a proposta sem fronteira de Hartle-Hawking e a proposta de tunelamento de Vilenkin e Linde.