Hoje, a imagem científica do mundo é formada de tal forma que nosso universo é governado por dois conjuntos de leis - relatividade geral, que explica o maravilhoso trabalho da gravidade, e mecânica quântica, que descreve as outras três interações do universo (nuclear forte, nuclear fraco e eletromagnetismo). Você pode pegar essas leis e aplicá-las a coisas em grande escala - planetas, galáxias e, em seguida, às escalas menores - prótons e nêutrons. Mas por que a natureza fez dois conjuntos separados de leis para o universo?
A teoria das supercordas é uma tentativa de responder a duas perguntas: Existe uma maneira de combinar a relatividade geral e a mecânica quântica para criar uma "teoria de tudo"? Em que consiste tudo isso?
Teoria das supercordas
Costumávamos pensar que os blocos de construção da vida eram átomos, os menores componentes da matéria. Mas então atingimos os átomos e encontramos partículas elementares, tão pequenas que nem conseguimos vê-las sem mudar de uma certa maneira. Para ver algo, precisamos primeiro que a luz reflita no objeto e atinja nossos olhos, compondo a imagem. A luz consiste em ondas eletromagnéticas que passam livremente pelas partículas elementares. Podemos tornar essas ondas mais densas, adicionar energia a elas para que atinjam as partículas e possamos vê-las, mas assim que algo atinge a partícula, ela muda, então não podemos vê-la em seu estado original. Não temos ideia de como são as partículas elementares. Como a energia escura, a matéria escura, não podemos observar esses fenômenos diretamente, mas temos razões para acreditarque eles existem.
Consideramos essas partículas como pontos no espaço, embora na realidade não sejam. Apesar de todas as suas desvantagens, esse método - a ideia da mecânica quântica de que as forças são transportadas por partículas - nos dá uma boa ideia do universo e leva a descobertas como solventes quânticos e trens de levitação magnética. A própria relatividade geral também resistiu ao teste do tempo, explicando as estrelas de nêutrons e as anomalias orbitais de Mercúrio, prevendo buracos negros e curvando a luz. Mas as equações da relatividade geral, infelizmente, param de funcionar no centro do buraco negro e na véspera do Big Bang. O problema é que é impossível juntá-los, porque a gravidade está associada à geometria do espaço e do tempo, quando as distâncias são medidas com precisão, mas no mundo quântico não há como medir nada.
Quando os cientistas tentaram inventar uma nova partícula que casasse a gravidade com a mecânica quântica, sua matemática simplesmente falhou.
De certa forma, tive que voltar ao quadro-negro. Portanto, os cientistas sugeriram que os menores componentes do universo não são pontos, mas cordas. Diferentes vibrações de cordas criam diferentes partículas elementares como quarks. As cordas vibrantes podem constituir toda a matéria e todas as quatro forças do universo - incluindo a gravidade.
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Dimensões superiores
A teoria das supercordas tem um problema. Não funcionará se assumirmos que existem apenas três dimensões espaciais e uma dimensão temporal em que vivemos. A teoria das cordas requer que você jogue pelo menos dez dimensões.
Quando o GR foi concebido pela primeira vez, a gravidade distorceu o espaço e o tempo para descrever essa força. Portanto, se alguém quisesse descrever outra força, como o eletromagnetismo, ele precisaria adicionar uma nova dimensão. Os cientistas escreveram equações que descrevem as curvas e defeitos do universo com uma dimensão extra e obtiveram a equação original do eletromagnetismo. Uma descoberta incrível.
As dimensões extras da teoria das cordas podem nos ajudar a explicar por que os números em nosso universo são tão calibrados que permitem que tudo exista. Por exemplo, por que a velocidade da luz é de 299.792.458 metros por segundo? Eles também tentam responder à pergunta sobre a gravidade - por que essa força é tão fraca? É a mais fraca das quatro interações fundamentais: 1040 vezes mais fraca que a força eletromagnética. Será suficiente simplesmente se curvar e levantar o livro do chão para resistir. Em teoria, isso ocorre porque a gravidade penetra em dimensões superiores. A gravidade é formada por fios em malha fechada que permitem que ela saia de nossa dimensão, ao contrário dos fios abertos, que são mais bem aterrados.
Por que não podemos ver todas essas dimensões?
Porque eles existem em um nível tão pequeno que são invisíveis para nós e desafiam a detecção. Eles são compactos, equipados de tal forma que reproduzem a física de nosso mundo, dobrando-se em formas Calabi-Yau interessantes. Diferentes formas de Calabi Yau permitem diferentes vibrações de cordas e universos muito diferentes.
Podemos até mesmo testar supostos universos múltiplos. Uma vez que assumimos que a gravidade penetra em dimensões mais altas, deveria haver menos tempo após a colisão de duas partículas do que antes da colisão. Mas mesmo nas condições mais favoráveis, testar algo como isso seria incrivelmente difícil, difícil de encontrar.
Os cálculos da teoria das cordas são feitos em universos simulados com 10 ou 11 dimensões onde a matemática funciona. Os cientistas então tentam apagar as dimensões extras, mas até agora ninguém conseguiu descrever nosso universo ou criar um experimento para provar uma teoria. No entanto, isso não significa que não tenhamos aplicações para a teoria das cordas.
Uma ferramenta matemática que está sendo desenvolvida como parte da pesquisa da teoria das cordas nos ajuda a entender partes do nosso universo. Podemos usá-lo para explicar melhor o paradoxo da informação, a gravidade quântica e alguns problemas da matemática pura. Alguns cientistas usam a teoria para seus cálculos na física de partículas ou ao observar estados exóticos da matéria.
A teoria das cordas pode não ser uma teoria de tudo, mas pelo menos é uma teoria de alguma coisa.
Ilya Khel
