Teoria das cordas

A teoria das cordas é um modelo físico que tem como objetivo a unificação das forças fundamentais da natureza. De modo simplista, essa teoria afirma que todos os tipos de interações existentes são resultado da oscilação de minúsculas cordas unidimensionais.

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Teoria das cordas para leigos

O que chamamos de teoria das cordas nada mais é que um grande campo de estudo da Física que reúne os conhecimentos da relatividade geral com os fundamentos da mecânica quântica.

Para os teóricos da área, as cordas são as menores constituintes da matéria, de tamanhos compatíveis com o comprimento de Planck (10^-35 m). A forma como as cordas oscilam é aquilo que dá molde a todas as partículas e forças que existem no Universo.

A teoria atual sobre as interações da natureza é conhecida como o modelo-padrão. O modelo padrão é uma construção teórica produto do trabalho de um grande número de cientistas ao longo dos últimos séculos. No entanto, entre as forças existentes na natureza, a força gravitacional ainda não pode ser explicada nos mesmos termos que as demais forças. É por esse motivo que a teoria das cordas surgiu: unificar a interação gravitacional com o mundo quântico.

De acordo com a teoria das cordas, em escalas muito pequenas, inferiores ao tamanho do núcleo atômico, toda a matéria pode ser descrita pelos modos vibracionais de pequenas cordas fechadas. Os modos vibracionais, também conhecidos como harmônicos, surgem quando duas ou mais ondas encontram-se em um mesmo ponto, produzindo ondas estacionárias. Exatamente da mesma forma como produzimos notas musicais ao tocarmos um violão.

De acordo com a teoria das cordas, a matéria é feita de cordas oscilantes.

Resumidamente, podemos dizer que todas as partículas (quarks, elétrons e até mesmo os bósons) são produzidas por diferentes oscilações das cordas. A realidade, entretanto, é que a teoria das cordas é um objeto teórico matemático extremamente complexo, que surgiu por volta de 1960 e, desde então, vem sofrendo alterações e acréscimos na tentativa de explicar satisfatoriamente as interações da natureza.

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Diferentemente daquilo que a percepção humana mostra-nos, para a Matemática é perfeitamente possível que existam infinitas dimensões perpendiculares umas às outras. Foi por esse motivo que a teoria das cordas ficou famosa: suas interpretações traziam a resultados que sugeriam a existência de muitas dimensões além daquelas que julgávamos existir.

Em 1919, o físico alemão Theodor Franz Eduard Kaluza (1885-1945) sugeriu que o nosso Universo pudesse ter mais do que 4 dimensões (3 dimensões espaciais e o tempo). Além disso, outras propriedades geométricas do espaço-tempo surgiram, como em 1926, quando o físico Oscar Klein (1894-1977) propôs que as dimensões do Universo pudessem estar dobradas umas sobre as outras. Por volta de 1970, os físicos Yoichiro Nambu (1921-2015), Holger Bech Nielsen e Leonard Susskind propuseram que cordas vibrantes pudessem ser descritas por funções matemáticas já conhecidas pelos físicos da época, dando origem à teoria das cordas.

Inicialmente, a teoria das cordas tinha como principal objetivo explicar aspectos da interação nuclear forte, entretanto, a partir de 1974, os resultados de John H. Schwartz mostraram que a tal teoria poderia ser usada para descrever a força gravitacional.

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Teoria das cordas e as dimensões

A forma moderna da teoria das cordas surgiu em 1984 pelas mãos de Schwartz e Michael B. Green. Essa nova descrição, popularmente chamada de teoria das supercordas, cordas cósmicas ou superstrings, reúne a teoria das cordas à supersimetria.

A supersimetria é um princípio da Física quântica que estabelece que as partículas mediadoras das forças, os bósons, apresentam spin inteiro, enquanto os férmions, os blocos fundamentais da matéria, têm spin fracionário. De acordo com os complexos cálculos dessa teoria, seria necessária a existência de 9 dimensões espaciais e uma dimensão temporal.

Atualmente, existem diversos estudos feitos com base na teoria das supercordas. Em alguns deles, existem interpretações que exigem a existência de 11 dimensões, e alguns, um pouco mais audaciosos, propõem a existência de 27 dimensões de espaço-tempo.

Teoria das cordas e multiversos

Apesar de fascinante, a ideia de multiversos não é comprovada. Com o surgimento da teoria das cordas e da mecânica quântica, alguns questionamentos levaram certos cientistas a acreditarem na possibilidade de existirem mais universos, os quais, de alguma forma, estariam relacionados com a realidade em que vivemos.

Em 1995, Edward Witten sugeriu que as diversas interpretações matemáticas da teoria das cordas tratavam-se, na verdade, da mesma coisa, e, dessa forma, deu origem ao que chamamos de teoria-M, uma teoria unificada. Uma das suposições que emergem dessa teoria é a possibilidade de existirem universos “paralelos” ao nosso. Ao todo, existem diferentes possibilidades para o que seria o multiverso:

• O Universo pode ser infinito, e, por isso, levando-se em conta as probabilidades de um Universo infinito, é possível que existam outros planetas exatamente iguais ou parecidos com a nossa Terra.

• O Universo não é finito, mas é tão grande que, em algumas regiões, os parâmetros físicos são diferentes, apesar de obedecerem as mesmas leis da Física.

• De acordo com as probabilidades que regem a mecânica quântica, há precedentes que suportem a existência de outros universos coexistentes com o nosso.

• A possibilidade de universos distintos, os quais não são conectados ao nosso e que apresentam leis físicas completamente diferentes das leis que regem o nosso Universo.