Como o universo poderia ter mais dimensões

Teoria das cordas é uma suposta teoria de tudo o que os físicos esperam que um dia explique… tudo.

Todas as forças, todas as partículas, todas as constantes, todas as coisas sob um único tecto teórico, onde tudo o que vemos é o resultado de cordas minúsculas e vibrantes. Os teóricos trabalham na ideia desde os anos 60, e uma das primeiras coisas que perceberam é que para a teoria funcionar, tem de haver mais dimensões do que as quatro a que estamos habituados.

Mas essa ideia não é tão louca como parece.

Relacionada: Alternativas à Teoria do Big Bang explicadas (infográficas)

Desastre dimensional

Na teoria das cordas, pequenos loops de vibração de cordas (na teoria, eles são o objeto fundamental da realidade) manifestam-se como as diferentes partículas (elétrons, quarks, neutrinos, etc.) e como os portadores de força da natureza (fótons, gluons, gravitons, etc.). A forma como o fazem é através das suas vibrações. Cada corda é tão pequena que nos parece nada mais do que uma partícula pontiaguda, mas cada corda pode vibrar com modos diferentes, da mesma forma que se podem tirar notas diferentes de uma corda de guitarra.

Pensa-se que cada modo de vibração se relaciona com um tipo diferente de partícula. Então todas as cordas que vibram de um modo parecem elétrons, todas as cordas que vibram de outro modo parecem fótons, e assim por diante. O que vemos como colisões de partículas é, na visão da teoria das cordas, um monte de cordas se fundindo e se separando.

Mas para a matemática funcionar, tem que haver mais de quatro dimensões no nosso universo. Isto porque o nosso espaço-tempo habitual não dá às cordas “espaço” suficiente para vibrar de todas as formas que elas precisam para se expressarem plenamente como todas as variedades de partículas do mundo. Elas são muito limitadas.

Em outras palavras, as cordas não se agitam, elas agitam hiperdimensionalmente.

Versões atuais da teoria das cordas requerem 10 dimensões no total, enquanto uma teoria ainda mais hipotética da sobre-corda conhecida como Teoria M requer 11. Mas quando olhamos ao redor do universo, vemos apenas as usuais três dimensões espaciais mais a dimensão do tempo. Estamos bastante certos de que se o universo tivesse mais de quatro dimensões, já teríamos notado.

Como a exigência da teoria das cordas para dimensões extras pode ser reconciliada com as nossas experiências diárias no universo?

>

Encurvado e compacto

Felizmente, os teóricos das cordas foram capazes de apontar um antecedente histórico para esta noção aparentemente radical.

Back em 1919, pouco depois de Albert Einstein publicar sua teoria da relatividade geral, o matemático e físico Theodor Kaluza estava brincando com as equações, apenas por diversão. E ele encontrou algo especialmente interessante quando adicionou uma quinta dimensão às equações – nada aconteceu. As equações da relatividade não se preocupam realmente com o número de dimensões; é algo que você tem que adicionar para tornar a teoria aplicável ao nosso universo.

Mas então Kaluza adicionou um toque especial a essa quinta dimensão, fazendo-a envolver-se no que ele chamou de “condição de cilindro”. Este requisito fez surgir algo de novo: Kaluza recuperou as equações habituais da relatividade geral nas quatro dimensões habituais, mais uma nova equação que replicou as expressões do electromagnetismo.

Parecia que adicionar dimensões podia potencialmente unificar a física.

Em retrospectiva, isto foi um pouco enganador.

Ainda, algumas décadas depois, outro físico, Oskar Klein, tentou dar à ideia de Kaluza uma interpretação em termos de mecânica quântica. Ele descobriu que se essa quinta dimensão existia e era de alguma forma responsável pelo eletromagnetismo, essa dimensão tinha que ser arranhada, envolvendo-se de volta a si mesma (como na idéia original de Kaluza), mas muito menor, até 10^-35 metros.

Os muitos coletores da teoria das cordas

Se uma dimensão extra (ou dimensões) fosse realmente tão pequena, nós não teríamos notado até agora. É tão pequena que não podíamos esperar sondá-la diretamente com nossas experiências de alta energia. E se essas dimensões estão envoltas em si mesmas, então cada vez que você se move no espaço tetradimensional, você está realmente circunavegando essas dimensões extras bilhões e bilhões de vezes.

E essas são as dimensões onde as cordas da teoria das cordas vivem.

Com mais discernimento matemático, foi descoberto que as seis dimensões espaciais extras necessárias na teoria das cordas têm que ser envoltas em um conjunto particular de configurações, conhecidas como coletores Calabi-Yao depois de dois físicos proeminentes. Mas não há um manifold único que seja permitido pela teoria do ferrão.

Existem cerca de 10^200,000.

Acontece que quando você precisa de seis dimensões para se enrolar em si mesmo, e dar-lhes quase todas as formas possíveis de fazê-lo, ele … soma-se.

É uma série de maneiras diferentes de envolver essas dimensões extras em si mesmo. E cada configuração possível irá afectar as formas como as cordas dentro delas vibram. Como as formas como as cordas vibram determinam como elas se comportam aqui em cima no mundo macroscópico, cada escolha de manifold leva a um universo distinto com seu próprio conjunto de física.

Então apenas um manifold pode dar origem ao mundo como nós o experimentamos. Mas qual deles?

Felizmente, a teoria das cordas não nos pode dar uma resposta, pelo menos ainda não. O problema é que a teoria das cordas não é feita – temos apenas vários métodos de aproximação que esperamos chegar perto da coisa real, mas neste momento não temos ideia de como estamos certos. Então não temos nenhuma tecnologia matemática para seguir a corrente, desde o manifold específico à vibração específica das cordas até a física do universo.

A resposta dos teóricos das cordas é algo chamado Paisagem, um multiverso de todos os universos possíveis previstos pelos vários manifolds, com o nosso universo como apenas um ponto entre muitos.

E é onde a teoria das cordas se encontra hoje, algures na Paisagem.

  • A teoria da relatividade de Einstein explicada (infográfica)
  • Imagens: Voltando ao Big Bang &Banco inicial do Universo
  • O que se segue para a cosmologia depois da descoberta de ondas gravitacionais marcantes?

Paul M. Sutter é astrofísico no SUNY Stony Brook e no Flatiron Institute, apresentador de Ask a Spaceman and Space Radio, e autor de Your Place in the Universe.

Aprenda mais ouvindo o episódio “Is string theory worth it? (Parte 3: Dimensão é destino)” no podcast Ask A Spaceman, disponível no iTunes e na Web em http://www.askaspaceman.com. Graças a John C., Zachary H., @edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., Sayan P., Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. para as perguntas que levaram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter.

Siga-nos no Twitter @Spacedotcom e no Facebook.

OFFER: Economize pelo menos 56% com nosso último negócio de revista!

>

All About Space magazine leva você em uma viagem inspiradora pelo nosso sistema solar e além, desde a incrível tecnologia e nave espacial que permite que a humanidade se aventure em órbita, até as complexidades da ciência espacial.

Deixe uma resposta

O seu endereço de email não será publicado.