Resumo de Uma Breve História do Tempo, de Stephen Hawking

Um livro difícil que virou best-seller

Publicado em 1988, o livro se propôs a explicar cosmologia contemporânea para quem não tem formação em física. Hawking conta que foi advertido de que cada equação incluída reduziria as vendas pela metade, e por isso deixou praticamente só uma no texto.

O resultado ficou conhecido como o livro que todo mundo comprou e poucos terminaram, o que é injusto: a dificuldade não está na linguagem, está em abandonar imagens de mundo que parecem óbvias e não são.

De um cenário fixo a um universo com história

Durante séculos, espaço e tempo foram pensados como o palco onde os acontecimentos ocorrem: um fundo imutável, o mesmo para todos. O livro reconstrói a demolição dessa ideia.

Com a relatividade restrita, a velocidade da luz passa a ser a mesma para qualquer observador, e o preço dessa constância é alto: simultaneidade deixa de ser absoluta, e intervalos de tempo e de comprimento dependem do movimento de quem mede.

Com a relatividade geral, a gravidade deixa de ser uma força que puxa à distância e passa a ser geometria. Massa e energia curvam o espaço-tempo, e os corpos apenas seguem os caminhos mais retos disponíveis num tecido curvo. Perto de uma massa grande, o tempo corre mais devagar, e isso é medido, não imaginado.

O universo está se expandindo

A descoberta que muda o jogo é observacional. A luz das galáxias distantes chega deslocada para o vermelho, e quanto mais distante a galáxia, maior o deslocamento. A leitura mais direta é que elas se afastam de nós, e umas das outras.

A consequência é inevitável quando se roda o filme para trás: se tudo se afasta, tudo já esteve mais perto. Em algum momento do passado, a matéria e a energia estiveram concentradas num estado de densidade e temperatura extremas.

Esse ponto de partida ganhou o nome de big bang, apelido criado por um crítico da hipótese, que a considerava absurda.

É essencial entender o que a expansão não é. Não é matéria voando para dentro de um espaço vazio preexistente. É o próprio espaço que se estica, e por isso não há centro: qualquer observador, em qualquer galáxia, vê as outras se afastando dele.

A singularidade, e o incômodo que ela causa

Se a relatividade geral for levada até o limite, o estado inicial do universo é uma singularidade: densidade infinita, curvatura infinita, e nenhuma teoria conhecida capaz de descrever o que acontece ali.

Hawking e Roger Penrose demonstraram, nos anos 1960, que esse resultado não depende de detalhes particulares do modelo: dadas certas condições razoáveis, a singularidade é consequência matemática da própria teoria.

O problema é que uma teoria que prevê o próprio colapso está avisando que é incompleta. É nesse ponto que entra a física quântica, e é dessa costura mal-acabada que nasce a pergunta que atravessa o livro.

Buracos negros

Quando uma estrela muito massiva esgota o combustível, nada segura a compressão gravitacional. Ela colapsa até formar uma região da qual nem a luz escapa.

Dois conceitos organizam o resto:

• Horizonte de eventos: a fronteira sem volta. De dentro dela, nenhum sinal alcança o exterior. Não é uma superfície material, é um limite geométrico.
• Singularidade central: o ponto para onde a matéria colapsada é levada, onde as equações deixam de funcionar.

Uma consequência estranha e bem explicada no livro: para quem observa de fora, um objeto caindo parece desacelerar perto do horizonte, com o sinal ficando cada vez mais avermelhado e fraco, até sumir. Para quem cai, a travessia do horizonte acontece sem nenhum aviso particular.

A radiação que leva o nome dele

A contribuição científica mais conhecida de Hawking aparece aqui. Ao aplicar efeitos quânticos à vizinhança do horizonte, ele concluiu em 1974 que buracos negros emitem radiação.

Isso muda a natureza do objeto. Ele passa a ter temperatura, a perder massa e, num prazo colossal, a evaporar. E quanto menor a massa, mais intenso o processo, o que inverte a intuição: buracos negros pequenos são os mais quentes e os mais efêmeros.

O resultado é importante porque foi obtido no ponto exato em que gravidade e mecânica quântica precisam conviver, que é justamente onde as duas teorias não se entendem.

As setas do tempo

As leis fundamentais da física funcionam igualmente bem nos dois sentidos do tempo. Por que, então, o passado é tão diferente do futuro? O livro reúne três respostas parciais, chamadas de setas do tempo.

A discussão interessante é a ligação entre elas. A seta psicológica depende da termodinâmica, porque registrar uma memória é um processo que aumenta a desordem no conjunto. E a seta termodinâmica depende de o universo ter começado num estado notavelmente organizado, o que a liga à cosmológica.

A teoria que falta

Duas teorias sustentam a física do século XX e não se falam.

• Relatividade geral: excelente para o muito grande, estrelas, galáxias, o universo inteiro.
• Mecânica quântica: excelente para o muito pequeno, partículas e átomos, com o princípio da incerteza no centro.

Cada uma funciona no seu domínio. Quando o objeto é ao mesmo tempo muito massivo e muito pequeno, como a singularidade ou o instante inicial do universo, as duas precisam agir juntas, e o resultado dá infinitos sem sentido.

O livro apresenta a busca por uma teoria unificada, e discute uma proposta desenvolvida pelo autor com James Hartle: descrever o universo como algo sem fronteira, isto é, sem uma borda no tempo onde condições iniciais precisassem ser impostas de fora. Se o modelo estiver correto, perguntar o que havia antes do começo faz tão pouco sentido quanto perguntar o que existe ao norte do polo norte.

Por que continua sendo lido

O valor do livro não está em ter respostas definitivas, e várias questões que ele deixa em aberto seguem abertas. Está em mostrar que perguntas como o universo teve começo, o tempo é o mesmo para todos e o que acontece dentro de um buraco negro deixaram de ser assunto de especulação e viraram problemas com método, cálculo e observação.