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Existem outros universos? Pixabay , CC BY
Há rumores de que Albert Einstein passou suas últimas horas na Terra rabiscando algo em um pedaço de papel em uma última tentativa de formular uma teoria de tudo. Cerca de 60 anos depois, outro personagem lendário da física teórica, Stephen Hawking, pode ter morrido com pensamentos semelhantes. Sabemos que Hawking pensou que algo chamado “teoria M” é a nossa melhor aposta para uma teoria completa do universo. Mas o que é isso?
Desde a formulação da teoria da relatividade geral de Einstein, em 1915, todo físico teórico sonhava em reconciliar nossa compreensão do mundo infinitamente pequeno de átomos e partículas com o da infinitamente grande escala do cosmos. Enquanto o último é efetivamente descrito pelas equações de Einstein, o primeiro é previsto com extraordinária precisão pelo chamado Modelo Padrão de interações fundamentais.
Nosso entendimento atual é que a interação entre objetos físicos é descrita por quatro forças fundamentais . Dois deles - gravidade e eletromagnetismo - são relevantes para nós em um nível macroscópico, lidamos com eles em nossa vida cotidiana. Os outros dois, apelidados de interações fortes e fracas, agem em uma escala muito pequena e se tornam relevantes apenas quando lidam com processos subatômicos.
O modelo padrão de interações fundamentais fornece uma estrutura unificada para três dessas forças, mas a gravidade não pode ser consistentemente incluída neste quadro. Apesar de sua descrição precisa de fenômenos de grande escala, como a órbita de um planeta ou a dinâmica de galáxias, a relatividade geral se decompõe a distâncias muito curtas. De acordo com o modelo padrão, todas as forças são mediadas por partículas específicas. Para a gravidade, uma partícula chamada gravitona faz o trabalho. Mas, ao tentar calcular como esses gravitons interagem, aparecem infinitos sem sentido.
Uma teoria consistente da gravidade deve ser válida em qualquer escala e deve levar em conta a natureza quântica das partículas fundamentais. Isso acomodaria a gravidade em uma estrutura unificada com as outras três interações fundamentais, fornecendo assim a célebre teoria de tudo. É claro que, desde a morte de Einstein, em 1955, muito progresso foi feito e hoje nosso melhor candidato está sob o nome de teoria M.
Revolução da corda
Para entender a idéia básica da teoria M, é preciso voltar aos anos 1970, quando os cientistas perceberam que, em vez de descrever o universo baseado em pontos como partículas, você poderia descrevê-lo em termos de minúsculas cordas oscilantes (tubos de energia). Essa nova maneira de pensar sobre os constituintes fundamentais da natureza acabou por resolver muitos problemas teóricos. Acima de tudo, uma oscilação particular da corda poderia ser interpretada como um gráviton. E diferentemente da teoria padrão da gravidade, a teoria das cordas pode descrever suas interações matematicamente sem obter infinitos infinitos. Assim, a gravidade foi finalmente incluída em uma estrutura unificada.
Após essa descoberta empolgante, os físicos teóricos dedicaram muito esforço para entender as conseqüências dessa ideia seminal. No entanto, como freqüentemente acontece com a pesquisa científica, a história da teoria das cordas é caracterizada por altos e baixos. No início, as pessoas ficaram intrigadas porque previam a existência de uma partícula que viaja mais rápido que a velocidade da luz, apelidada de “taquyon”. Essa previsão contrastava com todas as observações experimentais e colocava sérias dúvidas sobre a teoria das cordas.
No entanto, esta questão foi resolvida no início dos anos 80 pela introdução de algo chamado “supersimetria” na teoria das cordas. Isso prediz que cada partícula tem um superpartner e, por uma extraordinária coincidência, a mesma condição elimina o táquion. Este primeiro sucesso é comumente conhecido como " a primeira revolução das cordas ".
Outra característica marcante é que a teoria das cordas requer a existência de dez dimensões no espaço-tempo. Atualmente, só sabemos de quatro: profundidade, altura, largura e tempo. Embora isso possa parecer um grande obstáculo, várias soluções foram propostas e hoje em dia é considerada uma característica notável, e não um problema.
Por exemplo, poderíamos de alguma forma ser forçados a viver em um mundo de quatro dimensões sem qualquer acesso às dimensões extras. Ou as dimensões extras poderiam ser “compactadas” em uma escala tão pequena que não as notássemos. No entanto, diferentes compactificações levariam a diferentes valores das constantes físicas e, portanto, diferentes leis físicas. Uma possível solução é que o nosso universo é apenas um dos muitos em um "multiverso" infinito , governado por diferentes leis da física.
Isso pode parecer estranho, mas muitos físicos teóricos estão chegando a essa ideia. Se você não está convencido, você pode tentar ler o romance Flatland: um romance de muitas dimensões de Edwin Abbott, no qual os personagens são forçados a viver em duas dimensões espaciais e são incapazes de perceber que há um terceiro.
Teoria M
Mas havia um problema ainda premente que incomodava os teóricos das cordas na época. Uma classificação completa mostrou a existência de cinco diferentes teorias de cordas consistentes, e não ficou claro por que a natureza escolheria uma em cada cinco.
Foi quando a teoria M entrou no jogo. Durante a segunda revolução das cordas , em 1995, os físicos propuseram que as cinco teorias consistentes das cordas são na verdade apenas faces diferentes de uma teoria única que vive em onze dimensões de espaço-tempo e é conhecida como teoria-M. Inclui cada uma das teorias das cordas em diferentes contextos físicos, mas ainda é válida para todas elas . Esse quadro extremamente fascinante levou a maioria dos físicos teóricos a acreditar na teoria M como a teoria de tudo - é também mais matematicamente consistente do que outras teorias candidatas.
No entanto, até agora a teoria M tem lutado para produzir previsões que podem ser testadas por experimentos. A supersimetria está sendo testada atualmente no Large Hadron Collider. Se os cientistas encontrarem evidências de superpartners, isso acabaria por fortalecer a teoria M. Mas ainda permanece um desafio para os atuais físicos teóricos produzirem previsões testáveis e para os físicos experimentais prepararem experimentos para testá-los.
A maioria dos grandes físicos e cosmólogos é movida por uma paixão por descobrir aquela descrição bonita e simples do mundo que pode explicar tudo. E embora ainda não cheguemos lá, não teríamos uma chance sem as mentes criativas e afiadas de pessoas como Hawking.
Fonte: The Conversation
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Hélio R.M. Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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