Teoria das cordas poderia ser o fundamento da mecânica quântica

Por , em 5.11.2014

Dois pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia (USC), nos Estados Unidos, propuseram uma relação entre a Teoria das Cordas e a Mecânica Quântica.

Essa relação é tão significativa para os estudos científicos que poderia ser o caminho para usarmos a Teoria das Cordas, ou uma versão mais ampla dela, a chamada Teoria-M, como base para toda a física. Quão sensacional seria isso?

“Isso pode resolver o mistério sobre de onde a mecânica quântica veio”, esclareceu o professor Itzhak Bars da USC, que é o autor principal do artigo. Ele contou com a colaboração de Dmitry Rychkov, seu estudante de doutorado, e o resultado final foi publicado online em 27 de outubro de 2014, na revista digital Physics Letters.

A Teoria das Cordas e Mecânica Quântica

Ao invés de usar a Mecânica Quântica para validar a Teoria das Cordas, os pesquisadores trabalharam “na contramão”, no sentido de usar essa teoria para tentar validar a Mecânica Quântica.

Neste artigo, que reformulou a Teoria das Cordas e a colocou em uma linguagem mais clara (obrigada!), Bars e Rychov mostraram que um conjunto de princípios fundamentais da Mecânica Quântica, conhecido como “regras de comutação”, pode ser derivado a partir da geometria de cordas que se unem e se separam. O ingrediente essencial desse argumento é o pressuposto de que toda a matéria é feita de cordas e que a única interação possível é se juntarem/se dividirem, tal como especificado nessa “releitura” da Teoria das Cordas.

O que é a Teoria das Cordas

A intrigante Teoria das Cordas sugere que partículas não são pequenos pontos, fato que aceitamos como verdadeiro, mas sim dobras em objetos unidimensionais similares a cordas (daí a inspiração para o nome). Dessa forma, a diferença entre as partículas seria a frequência com que essas cordas vibram.

Os físicos têm procurado por muito tempo uma forma de relacionar a mecânica quântica e a relatividade geral, e um jeito de explicar por que ambas funcionam em seus respectivos domínios. Proposta pela primeira vez na década de 1970, a Teoria das Cordas resolveu inconsistências da gravidade quântica, e sugeriu que a unidade fundamental da matéria era uma pequena corda, e não um ponto, e que as únicas possíveis interações da matéria são essas cordas se juntarem ou se separarem.

Quatro décadas depois, os físicos ainda estão tentando materializar as regras da Teoria das Cordas, que parecem exigir algumas condições de partida interessantes para se trabalhar (como dimensões extras, o que pode explicar porque os quarks e os léptons têm carga elétrica, cor e “sabor” que os distinguem uns dos outros).

No momento, não há um único conjunto de regras que possa ser usado para explicar todas as interações físicas que ocorrem no universo observável. Em grandes escalas, os cientistas usam a mecânica newtoniana clássica para descrever como a gravidade mantém a lua em sua órbita ou porque a força de um motor à jato impulsiona esse jato para a frente. A mecânica newtoniana é intuitiva e muitas vezes pode ser observada a olho nu.

Já para incrivelmente minúsculas escalas, como algo em torno de 100 milhões de vezes menor que um átomo, os cientistas usam a teoria quântica de campos relativística para descrever as interações das partículas subatômicas e as forças que mantêm os quarks e os léptons juntos dentro de prótons, nêutrons, núcleos e átomos.

A chave para compreensão

A mecânica quântica é muitas vezes contraditória, permitindo que partículas estejam em dois lugares ao mesmo tempo, mas tem sido repetidamente validada desde em átomos a quarks. Inclusive, se tornou a chave para a compreensão das interações da matéria e da energia em pequenas distâncias.

A mecânica quântica é extremamente bem sucedida como um modelo de como as coisas funcionam nessas pequenas escalas, mas ainda contém um grande mistério: as inexplicáveis regras de comutação quântica fundamentais que preveem a incerteza na posição e momento de todos os pontos do universo.

“As regras de comutação não têm uma explicação a partir de uma perspectiva mais fundamental, mas foram verificadas experimentalmente até as menores distâncias e sondadas pelos aceleradores mais poderosos. Claramente as regras estão corretas, mas elas pedem uma explicação de suas origens em alguns fenômenos físicos que são ainda mais profundos”, disse Bars.

A dificuldade reside no fato de que não há dados experimentais sobre as coisas, justamente porque testar essas teorias em escalas tão pequenas é uma capacidade que está além da tecnologia que a ciência tem a disposição hoje em dia.[Phys]

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