A Teoria-M pode ser a “Teoria de Tudo”

ntnu-trondheim / Flickr

O físico Stephen Hawking

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

Enquanto o Cosmos é descrito com eficiência pelas equações de Einstein, os átomos são previstos 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 nível macroscópico.

Já as outras duas, as 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.

Nesse 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 levar em consideração a natureza quântica das partículas fundamentais. Isso colocaria a gravidade 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 a esse 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, era possível descrevê-lo com base em pequenas cordas que oscilam. Essas “cordinhas” são tubos de energia.

O 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, 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 à teoria das cordas.

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

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

Uma dessas possíveis soluções é que o 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.

Mas há também 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 única teoria, que existe em 11 dimensões espaço-tempo, chamada Teoria-M. Isso tem levado físicos teóricos a acreditarem 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 supersimetria passa por testes no Grande Colisor de Hadron (fonteira franco-suíça). Se forem encontradas provas de superparceiros, a teoria será fortalecida.

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

Ciberia // HypeScience / ZAP

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