A teoria das cordas é uma teoria de tudo o que os físicos esperam que um dia explique … tudo.
Todas as forças, todas as partículas, todas as constantes, todas as coisas sob um único teto teórico, onde tudo o que vemos é resultado de pequenas cordas vibrantes. Os teóricos têm trabalhado na idéia desde os anos 1960, e uma das primeiras coisas que eles perceberam é que, para a teoria funcionar, é preciso haver mais dimensões do que as quatro com as quais estamos acostumados.
Mas essa ideia não é tão louca quanto parece.
Desastre dimensional
Na teoria das cordas, pequenos laços de rigidez vibratória (na teoria, eles são o objeto fundamental da realidade) se manifestam como as diferentes partículas (elétrons, quarks, neutrinos etc.) e como os portadores da força da natureza (fótons, glúons, gravitons, etc.). A maneira como eles fazem isso é através de suas vibrações. Cada corda é tão pequena que nos parece nada mais que uma partícula pontual, mas cada corda pode vibrar com modos diferentes, da mesma maneira que você pode obter notas diferentes de uma corda de guitarra.
Pensa-se que cada modo de vibração esteja relacionado a um tipo diferente de partícula. Então, todas as cordas que vibram de uma maneira parecem elétrons, todas as cordas que vibram de outra maneira parecem fótons, e assim por diante. O que vemos como colisões de partículas são, na visão da teoria das cordas, um monte de cordas que se fundem e se separam.
Mas para que a matemática funcione, deve haver mais de quatro dimensões em nosso universo. Isso ocorre porque nosso espaço-tempo habitual não dá às cordas “espaço” suficiente para vibrar de todas as maneiras necessárias, a fim de se expressar completamente como todas as variedades de partículas do mundo. Eles são muito restritos.
Em outras palavras, as cordas não se mexem, elas se mexem hiperdimensionalmente.
As versões atuais da teoria das cordas requerem 10 dimensões no total, enquanto uma teoria das cordas super-hipotéticas ainda mais hipotética, conhecida como teoria M, exige 11. Mas quando olhamos ao redor do universo, só vemos as três dimensões espaciais usuais mais a dimensão do tempo. Temos certeza de que, se o universo tivesse mais de quatro dimensões, já teríamos percebido.
Como o requisito da teoria das cordas para dimensões extras pode ser reconciliado com nossas experiências cotidianas no universo?
Enrolado e compacto
Felizmente, os teóricos das cordas foram capazes de apontar para um antecedente histórico para essa noção aparentemente radical.
Em 1919, logo após Albert Einstein publicar sua teoria da relatividade geral, o matemático e físico Theodor Kaluza estava brincando com as equações, apenas por diversão. E ele encontrou algo especialmente interessante quando acrescentou uma quinta dimensão às equações – nada aconteceu. As equações da relatividade não se importam com o número de dimensões; é algo que você precisa adicionar para tornar a teoria aplicável ao nosso universo.
Mas então Kaluza acrescentou um toque especial a essa quinta dimensão, fazendo com que ela se envolvesse no que chamava de “condição do cilindro”. Esse requisito fez surgir algo novo: Kaluza recuperou as equações usuais da relatividade geral nas quatro dimensões usuais, além de uma nova equação que replicava as expressões do eletromagnetismo.
Parecia que adicionar dimensões poderia potencialmente unificar a física.
Em retrospecto, isso foi um pouco de um arenque vermelho.
Ainda assim, algumas décadas depois, outro físico, Oskar Klein, tentou dar à idéia de Kaluza uma interpretação em termos de mecânica quântica. Ele descobriu que, se essa quinta dimensão existisse e fosse responsável de alguma forma pelo eletromagnetismo, essa dimensão teria que ser reduzida, envolvendo-se em torno de si mesma (como na idéia original de Kaluza), mas bem menor, até 10 ^ -35 metros.
As muitas variedades da teoria das cordas
Se uma dimensão extra (ou dimensões) é realmente tão pequena, não teríamos percebido até agora. É tão pequeno que não poderíamos esperar sondá-lo diretamente com nossos experimentos de alta energia. E se essas dimensões estão agrupadas em si mesmas, toda vez que você se move no espaço quadridimensional, está realmente circunavegando essas dimensões extras bilhões e bilhões de vezes.
E essas são as dimensões em que vivem as cordas da teoria das cordas.
Com mais informações matemáticas, verificou-se que as seis dimensões espaciais extras necessárias na teoria das cordas precisam ser agrupadas em um conjunto particular de configurações, conhecidas como variedades Calabi-Yao, após dois físicos proeminentes. Mas não há uma variedade única permitida pela teoria da picada.
Há cerca de 10 ^ 200.000.
Acontece que quando você precisa de seis dimensões para se enroscar e oferecer a elas quase todas as formas possíveis de fazê-lo, isso aumenta.
Existem muitas maneiras diferentes de envolver essas dimensões extras em si mesmas. E cada configuração possível afetará a maneira como as cordas dentro deles vibram. Como as formas pelas quais as cordas vibram determinam como elas se comportam aqui no mundo macroscópico, cada escolha de variedade leva a um universo distinto com seu próprio conjunto de física.
Portanto, apenas uma variedade pode dar origem ao mundo como o vivenciamos. Mas qual deles?
Infelizmente, a teoria das cordas não pode nos dar uma resposta, pelo menos ainda não. O problema é que a teoria das cordas não está pronta – só temos vários métodos de aproximação que esperamos aproximar da realidade, mas, no momento, não temos idéia de como estamos certos. Portanto, não temos tecnologia matemática para seguir a cadeia, desde manifold específico a vibração de cordas específica até a física do universo.
A resposta dos teóricos das cordas é algo chamado Paisagem, um multiverso de todos os universos possíveis previstos pelas várias variedades, com o nosso universo como apenas um ponto entre muitos.
E é aí que a teoria das cordas se encontra hoje, em algum lugar da Paisagem.
Publicado em 21/02/2020 11h12
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