406: A Teoria-M pode ser a “teoria de tudo”

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O físico Stephen Hawking

Desde a formulação da teoria geral da relatividade de 1915, todo físico teórico sonha unir o conhecimento que temos dos minúsculos átomos com a enorme escala do cosmos.

Enquanto que o cosmos é descrito com eficiência pelas equações de Einstein, os átomos são previstos pelo modelo padrão de interacções fundamentais.

O entendimento actual é que a interacção entre objectos físicos é descrito por quatro forças fundamentais. Duas delas – gravidade e electromagnetismo – são relevantes para nós a um nível macroscópico. Já as outras duas, as chamadas interacções fortes e fracas, actuam numa escala muito pequena e são relevantes apenas quando lidamos com processos subatómicos.

O modelo padrão de interacções fundamentais inclui três dessas forças, mas exclui a gravidade. Apesar de funcionar bem para explicar fenómenos em grande escala, como uma órbita de um planeta, a relatividade geral não funciona bem em pequenas distâncias.

Neste modelo, todas as forças são mediadas por partículas específicas. Na gravidade, a partícula chamada gravitão faz esse serviço. Mas quando tentamos calcular como esses gravitões interagem, os resultados são infinitos.

Uma teoria da gravidade consistente deveria ser válida em qualquer escala, e também levar em consideração a natureza quântica das partículas fundamentais. Isso colocaria a gravidade com as outras três interacções fundamentais, resultando na tão sonhada teoria de tudo. Claro que desde a morte de Einstein em 1955 muito progresso foi feito, e hoje a melhor candidata a este papel é a Teoria-M.

Para entender a base da Teoria-M, temos que retornar à década de 1970, quando os cientistas perceberam que em vez de descrever o universo com base em partículas, poderíamos descrevê-lo com base em pequenas cordas que oscilam. Essas “cordinhas” são tubos de energia.

Este novo modo de pensar sobre a natureza resolveu muitos problemas teóricos. Acima de tudo, uma oscilação particular da corda poderia ser interpretada como um gravitão. E ao contrário da teoria da gravidade, a teoria das cordas pode descrever interacções matematicamente sem resultados infinitos.

Depois da descoberta empolgante, físicos teóricos estudaram as consequências dessa ideia. A teoria das cordas, porém, tem os seus altos e baixos. No início, trouxe confusão porque previa a existência de uma partícula que viaja mais rápido que a luz, chamada taquião. Essa previsão contrastava com todas as observações experimentais e trouxe sérias dúvidas em relação à teoria das cordas.

Mesmo assim, este problema foi resolvido no início da década de 1980 com a introdução de algo chamado de super-simetria, que prevê que toda a partícula tem um super-parceiro e, por coincidência enorme, a mesma condição que elimina o taquião. Essa solução foi chamada de primeira revolução das cordas.

Outra característica da teoria é que necessita de dez dimensões tempo-espaço. Até agora, conhecemos apenas quatro: profundidade, altura, largura e tempo. Apesar disso parecer um grande obstáculo, várias soluções foram propostas e actualmente isso é considerada um diferencial, não um problema.

Uma dessas possíveis soluções é que o nosso universo seria apenas um entre vários num multiverso infinito, governado por diferentes leis da física. A outra solução propõe que essas dimensões seriam tão compactas que não somos capazes de senti-las.

Mas há também um outro problema que incomodava os teóricos da época. Uma classificação cuidadosa mostrou a existência de cinco teorias da corda diferentes, e não ficou claro porque a natureza escolheria uma entre as cinco.

É aí que a Teoria-M entra em jogo. Durante a segunda revolução das cordas, em 1995, os físicos propuseram que cinco teorias das cordas diferentes seriam na verdade apenas faces diferentes de uma teoria única que existe em 11 dimensões tempo-espaço, chamada Teoria-M. Isso tem levado físicos teóricos a acreditar que a Teoria-M seja a teoria de tudo.

Mesmo assim, a Teoria-M tem encontrado dificuldades em produzir previsões que possam ser testadas em experiências. A super-simetria está a passar por testes no Grande Colisor de Hadron (fronteira franco-suíça). Se forem encontradas provas de super-parceiros, a teoria será fortalecida.

A maior parte dos físicos e cosmólogos são movidos pela vontade de encontrar uma descrição simples do universo que pode explicar tudo. Ainda não chegamos lá, mas não teríamos hipótese sem mentes brilhantes como a de Stephen Hawking.

ZAP // HypeScience

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