Teoria das Cordas para leigos: tudo para entender debate científico

Há muito tempo, desde as primeiras décadas do século XX, a ideia de se ter uma teoria que explique todos os fenômenos físicos conhecidos no Universo tem sido objeto de estudo de cientistas, principalmente com o desenvolvimento da Mecânica Quântica e da teoria de Albert Einstein. Teoria da Relatividade.

Com isso surgiu a Teoria de Tudo, cuja origem de sua busca reforça a tentativa de unir os dois maiores pilares da Física moderna, o das menores e maiores coisas que existem. Tanto a Mecânica Quântica quanto a relatividade falham quando aplicadas aos assuntos uma da outra, apesar de terem grande precisão na descrição dos fenômenos físicos de suas respectivas áreas.

Leia mais:

Para descobrir este grande mistério, muitas ideias foram levantadas, algumas hipóteses até foram testadas, mas até agora nenhuma delas conseguiu explicar tudo o que percebemos fisicamente no Cosmos. Porém, existe um modelo muito interessante que atrai os físicos teóricos como o melhor candidato: a Teoria das Cordas. Descubra mais sobre ela abaixo.

O que é e qual é o propósito da Teoria das Cordas?

A Teoria das Cordas é um modelo físico cujo objetivo é a unificação das forças fundamentais da natureza. Simplificando, a teoria afirma que todos os tipos de interações existentes são o resultado da oscilação de minúsculas cordas unidimensionais.

A chamada Teoria das Cordas é um amplo campo de estudo da Física que combina o conhecimento da relatividade geral com os fundamentos da mecânica quântica. Teóricos da área acreditam que as cordas são os menores constituintes da matéria, com tamanhos compatíveis com o comprimento de Planck (10^-35 m). A forma como as cordas oscilam molda todas as partículas e forças do Universo.

Atualmente, a teoria a respeito das interações na natureza é chamada de modelo padrão, sendo uma construção teórica resultante do trabalho de um grande número de cientistas ao longo dos últimos séculos. No entanto, entre as forças da natureza, as forças gravitacionais ainda não podem ser melhor explicadas do que outras forças.

Por esse motivo, a teoria das cordas surgiu como uma forma de unificar a interação gravitacional com o mundo quântico. Segundo ele, em escalas muito pequenas, menores que o tamanho do núcleo atômico, toda matéria pode ser descrita pelos modos vibracionais de pequenas cordas fechadas.

Os modos vibracionais, também conhecidos como harmônicos, aparecem quando duas ou mais ondas se encontram no mesmo ponto, o que produz ondas estacionárias. Esse processo pode ser comparado à produção de notas musicais ao tocar um violão.

De forma reduzida, podemos dizer que todas as partículas, como quarks, elétrons e até bósons, são formadas por diferentes oscilações das cordas. Porém, na realidade, a teoria das cordas é um objeto teórico matemático muito complexo, que surgiu por volta de 1960 e vem sofrendo alterações e acréscimos desde então, na tentativa de explicar as interações da natureza.

Diferentemente do que nossa percepção humana nos mostra, é possível que existam infinitas dimensões perpendiculares entre si, segundo a Matemática. Isso tornou a teoria das cordas famosa, pois suas interpretações trouxeram resultados que sugeriam a existência de diversas dimensões além daquelas que pensávamos existir.

Quem foi o criador da Teoria das Cordas?

Em 1919, o físico alemão Theodor Franz Eduard Kaluza sugeriu que o nosso Universo poderia ter mais de 4 dimensões, 3 das quais são espaciais e temporais. Depois disso, surgiram outras propriedades geométricas do espaço-tempo, como em 1926, quando o físico Oscar Klein propôs que as dimensões do Universo poderiam ser dobradas umas sobre as outras.

Já em 1970, os físicos Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen e Leonard Susskind propuseram que cordas vibrantes poderiam ser descritas por funções matemáticas conhecidas pelos físicos da época, o que deu origem à teoria das cordas.

A princípio, a teoria das cordas pretendia explicar aspectos da interação nuclear forte. No entanto, a partir de 1974, John H. Schwartz apresentou resultados que mostravam que esta teoria poderia ser usada para descrever a força gravitacional.

Dimensões e Teoria das Cordas

Em 1984, surgiu a forma moderna da teoria das cordas, de Schwartz e Michael B. Green. A descrição, popularmente chamada de supercordas, cordas cósmicas ou supercordas, une a teoria das cordas à supersimetria.

Este é um princípio da física quântica que estabelece que as partículas que medeiam as forças, os bósons, possuem spin inteiro, e os férmions, os blocos fundamentais da matéria, possuem spin fracionário. Os cálculos complexos sugerem que seriam necessárias 9 dimensões espaciais e uma dimensão temporal.

Atualmente, existem diversos estudos realizados com base na teoria das supercordas. Alguns deles têm interpretações que exigem a existência de 11 dimensões, e outros mais audaciosos propõem a existência de 27 dimensões de espaço-tempo.

Multiversos e Teoria das Cordas

Muito presente em diversas obras de ficção, a ideia de multiversos é fascinante, porém, não está comprovada. O surgimento da teoria das cordas e da mecânica quântica levantou algumas questões, que levaram certos cientistas a acreditar na possibilidade da existência de outros universos, relacionados de alguma forma com a nossa realidade.

Em 1955, Edward Witten propôs que as várias interpretações matemáticas da teoria das cordas são, na verdade, a mesma coisa. Isto deu origem ao que é chamado de teoria M, uma teoria unificada que faz suposições, como a possibilidade de universos “paralelos” ao nosso.

Existem, no total, diferentes possibilidades do que seria o multiverso, e algumas delas são:

• O Universo pode ser infinito e, portanto, é possível que existam outros planetas completamente iguais ou semelhantes ao nosso;
• O Universo não é finito, mas é grande a ponto de, em algumas regiões, os parâmetros físicos serem diferentes, obedecendo até às mesmas leis da Física;
• Seguindo as probabilidades que regem a mecânica quântica, existem precedentes que sustentam a existência de outros universos coexistindo com o nosso;
• A probabilidade de universos distintos, que não estão ligados ao nosso, e apresentarem leis físicas completamente diferentes daquelas que regem o nosso Universo.