Conheça a Teoria-M, que pode ser a “teoria de tudo”

Por , em 20.03.2018

Desde a formulação da teoria geral da relatividade de 1915, todo físico teórico tem sonhado em unir o conhecimento que temos dos minúsculos átomos com a enorme escala do cosmos. Enquanto o segundo é descrito com eficiência pelas equações de Einstein, o primeiro é previsto pelo modelo padrão de interações fundamentais.

O entendimento atual é que a interação entre objetos físicos é descrito por quatro forças fundamentais. Duas delas – gravidade e eletromagnetismo – são relevantes para nós em um nível macroscópico. Já as outras duas, chamadas interações fortes e fracas, atuam em uma escala muito pequena e são relevantes apenas quando lidamos com processos subatômicos.

O modelo padrão de interações fundamentais inclui três dessas forças, mas exclui a gravidade. Apesar de funcionar bem para explicar fenômenos 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 gráviton faz esse serviço. Mas quando tentamos calcular como esses grávitons interagem, os resultados são infinitos.

Uma teoria da gravidade consistente deveria ser válida em qualquer escala, e também deveria levar em consideração a natureza quântica das partículas fundamentais. Isso colocaria a gravidade junto com as outras três interações 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 para este papel é a Teoria-M.

Para entender a base da Teoria-M, temos que retornar à década de 1970, quando cientistas perceberam que ao invés 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 gráviton. E ao contrário da teoria da gravidade, a teoria das cordas pode descrever interações matematicamente sem resultados infinitos.

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

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

Outra característica da teoria é que ela 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 atualmente isso é considerada um diferencial, não um problema.

Uma dessas possíveis soluções é que o nosso universo seria apenas um entre vários em um 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.

Teoria-M


Mas há também um outro problema que estava incomodando 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, 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 de 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 podem ser testadas em experimentos. A supersimetria está passando por testes no Grande Colisor de Hadron (fonteira franco-suíça). Se evidências de super-parceiros forem encontradas, 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 uma chance sem mentes brilhantes como a de Stephen Hawking. [The Conversation]

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