A Teoria Das Cordas
O que é?
A teoria alcançou os holofotes na década de 1980 com a promessa de resolver o maior impasse da ciência contemporânea: a incompatibilidade entre a mecânica quântica e a teoria da relatividade geral, que são os dois pilares da nossa compreensão do Universo.
Foi originalmente inventada para explicar as peculiaridades do comportamento do hádron. Dessa forma, na década de 70, os físicos tentaram interpretar os comportamentos da força nuclear forte, e chegaram à conclusão de que eles poderiam ser descritos como uma ligação entre cordas com tensão (valor constante) e comprimento (variável). Essa energia era determinada a partir da multiplicação entre essas duas dimensões.
Por dentro de uma corda
Prótons e Neutrons são formados por Quarks que são partículas fundamentais (base; indivisível; nada menor que). A força nuclear forte é o que mantêm a união desses elementos (capas de unir, com o glúon, todos os fótons de prótons que se repelem). Cada vibração dessas cordas, determinaria o comportamento de força forte.
Em outras palavras, ela supõe que todas as partículas são diferentes harmônicos de pequenas cordas vibrantes, de modo similar a como os diferentes harmônicos de uma corda de violão correspondem a diferentes notas musicais. Essas cordas são incrivelmente minúsculas, cujas vibrações produzem efeitos que interpretamos como átomos, elétrons e quarks (elementos que sabemos que existem, mas não sabemos o porque ou como).
Na teoria das cordas e dentro do modelo padrão de partículas fundamentais, é como se essas partículas fossem produzidas pelo mesmo elemento, só que com diferentes vibrações. Nesse arcabouço teórico, existe um único tipo de matéria-prima em todo o cosmos, que são as cordas. Todas as diferenças verificadas entre partículas, em última instância, se resumem às diferentes maneiras como esses filamentos se agitam.
O Dilema
Essa premissa simples leva a implicações excitantes, ao resolver o problema centenário de reconciliar a teoria da gravitação de Einstein com as leis da mecânica quântica.
O dilema é que as duas teorias não chegam a um consenso. A teoria quântica, que descreve com precisão a física do muito pequeno, e a relatividade geral, desenvolvida por Albert Einstein, que descreve a física como enormemente grande. E ao tentar unir os três campos de estudo, as contas falham miseravelmente.
Problema 1:
O problema se resume à gravidade. É a única das quatro forças fundamentais da natureza descritas pela relatividade geral e a única que a teoria quântica não pode abordar. Criar um modelo que una todas as quatro forças em um pacote organizado é um sonho antigo para todos os físicos teóricos (Afinal a única partícula hipotética é o Gráviton - não apresenta massa e seu spin é de 2). Muito preocupante! Como não há presença de Grávitons dentro do núcleo atômico, e o que basicamente descrevia a força forte era a interpretação da criação de Grávitons dentro do átomo, a teoria é descartada.
Muitos consideram esse desperdício como a falha fatal da teoria das cordas. Se uma teoria faz tantas previsões diferentes e contraditórias, quase qualquer conjunto de observações pode ser encontrado para confirmá-la. Em outras palavras, isso torna quase improvável e, consequentemente, deveria desqualificá-lo como um campo válido de pesquisa.
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Problema 2:
O problema começa quando descobrimos que esses elásticos hipotéticos teriam comprimentos na ordem de grandeza da distância de Planck, que exige 35 zeros depois da vírgula para ser expressa em metros. Estamos falando de uma escala 100 milhões de bilhões de vezes menor do que a observável pelos melhores equipamentos atuais. A elegância aparente da teoria escondia ainda monstrinhos matemáticos difíceis de domar, que foram aparecendo conforme as pesquisas na área avançaram – e que, por enquanto, impedem a teoria de gerar previsões passíveis de confirmação empírica.
Problema 3:
Com as 4 dimensões comprovadas pela ciência, outras 7 foram supostamente levantadas. Dessa forma, todas as dimensões possíveis derivadas de todo esse estudo, nunca poderiam ser comprovadas. Essas dimensões permaneceriam recurvadas e ocultas, dobradas sobre si mesmas na minúscula escala de Planck, e tão invisíveis aos equipamentos disponíveis hoje quanto as cordas em si. Por isso, verificá-las na prática permanece uma meta distante.
Para que isso funcione, a teoria das cordas precisa fazer mais uma suposição radical. Que ao invés de viver em um universo com três dimensões de espaço e uma de tempo, vivemos em um com 9, 10 ou 25 dimensões de espaço. Essas dimensões extras são então enroladas com tanta força que não as notamos – assim como um fio de seda parece unidimensional até que você chegue perto o suficiente para notar sua largura.
Problema 4:
Outro problema da teoria de cordas é que, para funcionar, ela exige um novo tipo de simetria. Para cumprir essa exigência, cada partícula do Modelo Padrão precisaria ter uma partícula irmã equivalente e não há qualquer evidência no universo que isso pode acontecer. Por isso, os teóricos de cordas supõem que essas partículas sejam extremamente pesadas, e que para observá-las precisamos (como no caso anterior) de experimentos com energias muito mais altas do que as alcançadas hoje no LHC.
Relevância
Nos últimos 40 anos a Teoria das Cordas se desenvolveu como a melhor candidata à uma teoria unificada da Natureza. Ela também leva a idéias inovadoras na matemática e ao desenvolvimento de ferramentas computacionais extremamente úteis mesmo em áreas aparentemente não relacionadas da física, por meio da celebrada dualidade entre teorias de calibre e cordas. A esperança de que ela seja uma teoria unificadora, seria capaz de explicar, por exemplo, a singularidade do buraco negro. A gravidade deixaria de ser um empecilho para se tornar só mais uma nota da sinfonia cósmica.
Essa maneira abstrata como a teoria de cordas veio ao mundo não foi uma opção, mas uma necessidade: embora o Modelo Padrão tenha suas falhas explicativas, ele ainda prevê os resultados de todos os experimentos com precisão altíssima. Não há buracos evidentes por onde se possa começar a destrinchá-lo em busca do próximo passo, como houve em outras ocasiões na história da Física.
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