A teoria das cordas sugere que existem mais do que três dimensões no nosso universo. Vamos explorar esta teoria intrigante e as suas possíveis aplicações.
Desde a antiguidade que o ser humano está familiarizado com a noção de tridimensionalidade do espaço, ideia que foi melhor compreendida após a teoria da mecânica clássica de Isaac Newton foi apresentada há cerca de 380 anos.
O espaço tem três dimensões, o que significa que a cada posição correspondem três números em relação a um ponto de referência que nos pode orientar para o local correto, ou seja, podemos definir sequências de posições de três formas independentes.
Por exemplo, o ouvido interno de quase todos os vertebrados é composto por exatamente três canais semicirculares que detectam a posição do corpo nas três dimensões do espaço. O olho de todos os seres humanos também tem três pares de músculos pelos quais o olho é movido em todas as direcções.
A teoria da relatividade especial de Einstein desenvolveu ainda mais este conceito através da sua ideia revolucionária de que o tempo também deveria ser considerado como uma 4ª dimensão. Esta noção era indispensável para que a teoria resolvesse as inconsistências da mecânica newtoniana com o eletromagnetismo clássico.
Outrora um conceito estranho, após mais de um século da sua apresentação, é agora um conceito amplamente aceite na física e na astronomia. Mas ainda assim, um dos maiores mistérios e desafios da nossa era é a origem das três dimensões do espaço, a origem do tempo e os pormenores do big bang porque é que o espaço tem três dimensões e não mais?
Esta é talvez a questão mais difícil da física.
Espaço de dimensão superior
A possibilidade de a existência de um espaço de dimensão ainda maior surgiu do trabalho teórico puro de físicos que tentavam encontrar uma teoria consistente e unificada capaz de explicar a gravidade no quadro da mecânica quântica.
A teoria geral da relatividade de Einstein é uma teoria clássica, uma vez que só é válida a grandes distâncias, sendo capaz de fazer previsões bem sucedidas, como o movimento de retrocesso do planeta mercúrio, a curvatura dos feixes de luz que passam por objectos maciços, os buracos negros e muitos outros fenómenos semelhantes a grandes distâncias.
No entanto, não pode ser utilizada a nível quântico, uma vez que não existe uma teoria quântica capaz de explicar a força gravitacional.
Unificação das interacções fundamentais
Sabe-se que existem quatro tipos de interacções na natureza: A força relativa destas forças difere, sendo o campo gravitacional a força mais fraca da natureza.
Durante os últimos 100 anos, os físicos sonharam durante muito tempo com a unificação de todos os campos e unidades fundamentais da matéria num único modelo auto-consistente. No final da década de 1960, Steven Weinberg e Abdus Salam conseguiu unificar dois destes campos, ou seja, as interacções fracas e o campo eletromagnético, numa verdadeira teoria denominada electrofraca.
No entanto, apesar dos enormes esforços dos físicos de todo o mundo, tem havido pouco sucesso na unificação das quatro interacções numa única teoria, sendo a gravidade a mais difícil.
Teoria das cordas e espaço multidimensional
Na física quântica convencional, as partículas elementares, como os electrões, os quarks, etc., são consideradas como pontos matemáticos, noção que tem sido fonte de aceso debate por parte dos físicos, especialmente devido às suas deficiências na abordagem da gravidade.
A teoria geral da relatividade é incompatível com a teoria quântica dos campos e numerosas tentativas de utilizar um modelo de partículas pontuais da teoria quântica não conseguiram oferecer uma explicação consistente do campo gravitacional.
Esta foi a altura em que teoria das cordas A forma como a teoria das cordas resolve o problema é abandonando o pressuposto de que as partículas elementares são pontos matemáticos e desenvolvendo um modelo quântico de corpos estendidos unidimensionais denominado corda.
Esta teoria reconcilia a teoria quântica e a gravidade. A teoria outrora considerada como uma conjetura puramente teórica é agora considerada como uma das teorias mais consistentes da física quântica, prometendo uma teoria quântica unificada das forças fundamentais, incluindo a gravidade.
A teoria foi sugerida pela primeira vez no final dos anos 60 para descrever o comportamento de partículas chamadas Hadrões e foi posteriormente desenvolvido na década de 1970.
Desde então, a teoria das cordas tem sofrido muitos desenvolvimentos e alterações. Em meados da década de 1990, a teoria foi desenvolvida em 5 teorias de cordas diferentes e independentes, mas em 1995, percebeu-se que todas as versões eram aspectos diferentes da mesma teoria denominada Teoria-M (M de "membrana" ou a "mãe de todas as teorias das cordas").
Tornou-se agora o foco do trabalho teórico pelo seu sucesso em explicar a gravidade e o interior de um átomo ao mesmo tempo. Um dos aspectos mais importantes da teoria é o facto de requerer a Espaço de 11 dimensões com uma coordenada temporal e 10 outras coordenadas espaciais.
Testes e resultados experimentais
A questão importante sobre a teoria M é como pode ser testado. Na ficção científica, as dimensões extra são por vezes interpretadas como mundos alternativos, mas estas dimensões extra podem simplesmente ser demasiado pequenas para serem sentidas e examinadas por nós (da ordem dos 10-32 cm).
Uma vez que a teoria M diz respeito às entidades mais primitivas do nosso universo, é de facto uma teoria da Criação, e a única forma de a testar é recriar o próprio Big Bang a nível experimental. Outras previsões da teoria que estão a ser testadas incluem Partículas super-simétricas, dimensões extra, buracos negros microscópicos e cordas cósmicas .
Uma experiência deste tipo requer uma enorme quantidade de energia de entrada e uma velocidade que ultrapassa o nível atual da tecnologia. No entanto, espera-se que, nos próximos anos, o novo LHC (Grande Colisor de Hádrons) no CERN poderá testar algumas destas previsões pela primeira vez, fornecendo mais pistas sobre a multidimensionalidade do nosso universo. Se a tentativa for bem sucedida, então a teoria M pode dar respostas às seguintes questões fundamentais:
- Como é que o universo começou?
- Quais são os seus componentes fundamentais?
- Quais são as leis da Natureza que regem estes constituintes?
Conclusão
Até à data, não há resultados empíricos definitivos que confirmem a teoria M e o seu espaço de 11 dimensões, e a verificação da teoria é um grande desafio para os físicos.
Existe até uma nova teoria chamada Teoria F (F de "pai") que introduz uma outra dimensão, sugerindo um espaço de 12 dimensões com duas coordenadas temporais em vez de uma!
O famoso físico John Schwartz foi mesmo mais longe, afirmando que pode não haver uma dimensão fixa para a versão final da teoria-M Encontrar a verdadeira teoria requer muito mais tempo e esforço e, até lá, a multidimensionalidade do universo é um caso em aberto.
Como o físico Gregory Landsberg disse que se os testes forem bem sucedidos, " Seria a coisa mais excitante desde que a humanidade descobriu que a Terra não é plana e dar-nos-ia uma realidade totalmente nova para olhar, um universo totalmente novo".
Referências:
- //einstein.stanford.edu
- Introdução à teoria M
- Onze Dimensões da Teoria Unificadora por Michael Duff (14.jan.2009)