Há muito tempo, o grande italiano Galileo Galilei mostrou que, com a ajuda de fórmulas matemáticas, é possível descrever com segurança até mesmo aqueles processos que estão além de nossa percepção. Desde então, os cientistas vêm tentando criar uma espécie de "teoria de tudo" física e matemática que descreva o Universo com elegância, levando em consideração as interações conhecidas.
QUINTA DIMENSÃO
Isaac Newton abriu uma nova era na história da ciência, formulando suas três famosas leis da mecânica em 1684. Mas, ao mesmo tempo, ele não pensou em nada sobre como as forças descritas por ele agem e qual é sua natureza.
As leis de Newton eram de uso limitado. Eles não poderiam ser usados de forma alguma para descrever fenômenos como eletricidade, magnetismo e efeitos ópticos. No final do século 19, todos esses três fenômenos foram combinados com sucesso com a ajuda das equações de James Maxwell em uma ciência coerente da eletrodinâmica, e os cientistas esperavam seriamente que estivessem perto de criar uma "teoria de tudo". Logo, essa questão foi retomada por Albert Einstein, que formulou as teorias da relatividade especial (1905) e geral (1916), que exigiam uma revisão da física newtoniana. Como a descoberta de Einstein foi confirmada por simples observações visuais, a comunidade científica a aceitou sem qualquer objeção. Einstein acreditava que, para formular uma "teoria de tudo", bastaria estabelecer uma conexão entre o eletromagnetismo e a gravidade. Mas ele foi rápido em tirar conclusões.
Em 1921, o físico alemão Theodor Kaluzei conseguiu combinar formalmente as equações da relatividade geral com as equações clássicas de Maxwell, mas para isso teve que introduzir uma quinta dimensão adicional além das quatro conhecidas (três dimensões do espaço e uma do tempo). A princípio, essa ideia parecia maluca, mas cinco anos depois, a justificativa para a "inobservabilidade" da quinta dimensão foi proposta pelo sueco Oskar Klein.
Parecia que tudo estava começando a convergir, e aqui novas descobertas no campo da física de partículas elementares e o surgimento da mecânica quântica colocaram em questão uma abordagem tão simples.
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MUNDO MULTI-DIMENSIONAL
A física moderna requer uma hipotética "teoria de tudo" para unir quatro interações fundamentais que são conhecidas atualmente: interação gravitacional, interação eletromagnética, interação nuclear forte, interação nuclear fraca. Além disso, deve explicar a existência de todas as partículas elementares e suas diferenças entre si.
As tentativas de combinar múltiplas interpretações das interações observadas continuaram ao longo do século XX. Em meados da década de 1970, acabou por combinar três interações, além da mais importante e que nos é dada nas sensações - a gravidade. Mas mesmo essa teoria "truncada" não recebeu confirmação experimental.
Outras tentativas de entender como o Universo está organizado em um nível básico levaram ao fato de que os físicos tiveram que relembrar a teoria Kaluzei-Klein esquecida e introduzir dimensões adicionais em suas fórmulas. Acontece que tudo converge se aceitarmos a hipótese de que o Universo não tem quatro ou não cinco, mas dez dimensões. Mais tarde, surgiu a teoria M, operando em onze dimensões, seguida pela teoria F, na qual aparecem doze dimensões. Você pode pensar que a introdução de dimensões adicionais, que nem podemos imaginar, complica a questão, mas no nível da matemática pura verifica-se que, ao contrário, simplifica. E o problema da percepção está ligado apenas ao hábito: houve momentos em que as pessoas não sabiam nada sobre vácuo e leveza, e agora qualquer aluno que sonhe em ser astronauta tem uma ideia disso.
É possível revelar de alguma forma a relação fundamental em um espaço multidimensional na prática? Acontece que você pode. É exatamente isso que os proponentes da chamada teoria das cordas estão fazendo.
QUANTUM THREADS
As "cordas" como formações fundamentais foram introduzidas na física das partículas elementares para explicar a estrutura dos mésons pi - partículas, cuja forte interação torna os núcleos atômicos um único todo. A existência de tais partículas foi prevista e elas mesmas foram descobertas em 1947 no estudo dos raios cósmicos. Os efeitos observados nas colisões de mésons pi possibilitaram propor a ideia de que eles estão conectados por um "fio vibrante infinitamente fino". Gostei da ideia, e imediatamente surgiram modelos matemáticos em que todas as partículas elementares são descritas como cordas unidimensionais que vibram em certas frequências.
A teoria das cordas começou a se desenvolver, e ficou claro muito rapidamente que o "stringness" é realizado apenas em espaços nos quais o número de dimensões a priori é maior que quatro. Eles tentaram aplicar a teoria a várias construções hipotéticas como tachyon (uma partícula cuja velocidade ultrapassa a velocidade da luz), gráviton (quantum do campo gravitacional) e boson (partícula de massa), mas sem muito sucesso.
Ainda assim, na década de 1980, após muito debate, os físicos chegaram à conclusão de que a teoria das cordas pode descrever todas as partículas elementares e as interações entre elas. Centenas de cientistas começaram a trabalhar nisso. Logo ficou demonstrado que várias versões da teoria das cordas são viáveis se representarem os casos limites da teoria M, operando em onze dimensões. E embora o trabalho ainda esteja longe de ser concluído, os físicos tendem a acreditar que estão no caminho certo.
Aqui é necessário explicar como a multidimensionalidade do universo se parece na teoria das cordas.
A primeira opção é a "compactação" de dimensões extras, implicando que elas se fechem sobre si mesmas a distâncias tão pequenas que não podem ser detectadas experimentalmente. Os físicos falam sobre isso dessa forma. Se você observar uma mangueira de jardim na grama de longe, ela parecerá ter apenas uma dimensão - o comprimento. Mas se você for até ele, encontrará mais dois. Da mesma forma, dimensões adicionais de espaço podem ser detectadas apenas de uma distância extremamente próxima, e isso está além da capacidade dos instrumentos.
A segunda opção é “localizar” as medições. Eles não são tão pequenos como no primeiro caso, porém, por algum motivo, todas as partículas do nosso mundo estão localizadas em uma folha quadridimensional (brana) no Universo multidimensional e não podem deixá-la. Visto que nós e todos os nossos dispositivos consistimos de partículas comuns, basicamente não temos como ver o que está fora. A única maneira de detectar a presença de dimensões extras é a gravidade, que não está localizada na brana, então grávitons e buracos negros microscópicos podem sair. No mundo que conhecemos, tal processo parecerá um súbito desaparecimento da energia carregada por esses objetos.
Embora se acredite que a teoria das cordas nunca será confirmada experimentalmente, os físicos desenvolveram vários experimentos que podem indicar indiretamente que ela está correta. Entre eles está a determinação de desvios na lei da gravitação universal a distâncias da ordem dos centésimos de milímetro. Outra maneira é consertar grávitons e buracos negros microscópicos no Grande Colisor de Hádrons. O terceiro é a observação de "cordas cósmicas" esticadas para dimensões intergalácticas e possuindo o campo gravitacional mais forte. Talvez um desses experimentos produza resultados positivos em um futuro próximo.
O CENTRO DO UNIVERSO
Em 2003, os físicos descobriram que existem muitas maneiras de reduzir as teorias das cordas de dez dimensões a quatro dimensões. Além disso, a própria teoria não contém um critério para a preferência de um caminho possível. Cada uma das opções gera seu próprio mundo quadridimensional, que pode se assemelhar ou diferir significativamente do Universo observado. Acontece que o número dessas opções é quase infinito: cerca de 10.500 (dez elevado a quinhentos centésimos). O que torna nosso mundo do jeito que é?
Logo foi sugerido que a resposta só pode ser obtida incluindo uma pessoa nesta imagem - nós existimos precisamente no Universo em que nossa existência é possível. Em qualquer outro caso, você simplesmente não leria essas linhas.
Anton Pervushin
