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Agora, na NOVA,
faça uma viagem emocionante para um mundo
mais estranho que a ficção científica,
onde joga quebrando as regras,
onde uma nova visão do universo empurra-o
para além dos limites da sua imaginação.
Este é o mundo da Teoria das Cordas,
uma forma de descrever todas as forças e a matéria, do átomo à Terra,
até ao fim das galáxias
- do início dos tempos ao seu final - numa única teoria,
a Teoria de Tudo.
O nosso guia para este bravo novo mundo será Brian Greene,
um físico e autor de best-sellers.
Não interessa quantas vezes venha cá,
parece que nunca me habituo.
Poderá ajudar-nos a resolver os grandes mistérios da Física Moderna,
que a nossa compreensão do Universo é baseada em dois conjuntos de leis,
que não concordam.
Resolvendo esta contradição que até iludiu o Einstein,
que transformou-a na sua busca final.
Depois de décadas, podemos estar
finalmente no limite duma grande descoberta.
A solução são cordas,
pequenos pedaços de energia vibrando como as cordas de um violoncelo,
uma sinfonia cósmica no coração de toda a realidade.
Mas vem com um preço: universos paralelos e 11 dimensões,
a maioria delas você nunca viu.
Podemos, na realidade, viver num universo
com mais dimensões do que as que vemos.
As pessoas que disseram que poderiam existir
dimensões extra foram chamadas de pedradas
ou mesmo bananas. (Amanda Peet, Toronto University)
Uma miragem da Ciência e da Matemática ou a definitiva Teoria do Tudo?
Se a Teoria das Cordas não consegue fornecer uma previsão testável,
ninguém deveria acreditar nela. (James Gates, JR., Maryland University)
É uma teoria Física ou uma Filosofia? (Sheldon Glashow, Boston University)
Uma coisa é certa, a Teoria das Cordas já nos está a mostrar que
o universo poderá ser muito mais estranho
do que qualquer um de nós imaginou.
De seguida...
tudo começou com uma maçã.
O triunfo das Leis de Newton vem da busca
da compreensão dos planetas e das estrelas.
E já percorremos muito desde então.
O Einstein deu ao mundo uma nova imagem do que a força da gravidade realmente é.
Onde ele ficou,
os teóricos das cordas agora atrevem-se a ir.
Mas quão perto estão eles de realizar o sonho de Einstein?
Veja "The Elegant Universe" agora mesmo.
2ª Parte: Cordas, a Resposta
É um segredo pouco conhecido, mas durante metade do
século uma nuvem tem estado sobre a ciência moderna.
Eis o problema: a nossa compreensão do
universo é baseada em 2 teorias distintas.
Uma é a Teoria da Relatividade Geral de Einstein
que é uma forma de compreender as coisas grandes do universo,
como estrelas e galáxias.
Mas as coisas mais pequenas do universo,
átomos e partículas subatômicas, funcionam
com um conjunto de regras diferente,
Estes dois conjuntos de regras são extremamente precisas no seu domínio
mas quando tentamos combiná-las
para resolver os mistérios mais profundos
do universo, acontece o desastre.
Como no início do universo, o "Big ***".
Naquele instante uma pequena partícula explodiu violentamente,
durante os próximos 14 bilhões de anos o universo expandiu-se
e arrefeceu, formando estrelas, galáxias e planetas que conhecemos.
Mas se passarmos o filme cósmico em "reverse",
tudo o que agora se afasta volta a aproximar-se,
e o universo torna-se mais pequeno, mais quente e
mais denso ao nos aproximarmos do início do tempo.
Ao chegarmos ao Bing ***, quando o universo
era muito pesado e incrivelmente pequeno.
o nosso projetor trava.
As nossas duas leis da Física, quando combinadas, destroem-se.
Mas e se conseguíssemos unir a Mecânica Quântica e a Relatividade Geral
e ver o filme cósmico completo?
Bem, um novo conjunto de idéias chamado "Teoria das Cordas" pode fazer isso.
E se estiver correto, poderá ser um dos maiores sucessos na história da ciência.
Um dia, a Teoria das Cordas talvez possa explicar tudo na natureza,
dos mais pequenos pedaços de matéria às maiores distâncias no cosmos,
usando apenas um ingrediente:
pequenas vibrantes fibras de energia chamadas "cordas".
Mas porque temos que reescrever as Leis da Física para conseguir isto?
Porque importa se as duas teorias que nós temos são incompatíveis?
Bem, vocês podem pensar assim.
Imaginem que vivem numa cidade que não tem
apenas um conjunto de regras de trânsito,
mas dois conjuntos de leis separadas e que estão em conflito.
Como podem ver, seria muito confuso.
Para compreender este sítio,
precisamos de encontrar uma forma de por estes dois conjuntos de leis juntos
num conjunto global que faça sentido.
Nós trabalhamos na assumpção que existe uma teoria, e é o nosso trabalho,
se formos suficientemente espertos e aplicados, descobrir qual ela é.
Não temos uma garantia. Não está escrito nas estrelas que vamos conseguir
mas no fundo acreditamos que teremos uma única teoria que explique tudo.
Mas antes de encontrarmos esta teoria,
temos que fazer esta fantástica viagem
para ver porque estes dois conjuntos de leis colidem um com o outro.
E a primeira paragem nesta estranha viagem
é o reino dos objetos muito grandes.
Para descrever o universo a grandes escalas utilizamos um conjunto de leis,
a Teoria da Relatividade Geral de Einstein,
que teoriza o funcionamento da gravidade.
A Relatividade Geral imagina o espaço como um trampolim,
um tecido liso que pode ser distorcido e esticado
por objetos pesados como estrelas e planetas.
Bem, de acordo com a teoria, estas distorções e
curvaturas criam o que sentimos como gravidade.
Ou seja, a força gravitacional que mantém a Terra à volta do Sol
não é nada mais que o nosso planeta a seguir as curvas e contornos
que o Sol cria no tecido espacial.
Mas a suave a gentil imagem curva do espaço
prevista pelas leis da Relatividade Geral
não dá toda a história.
Para compreender o universo a escalas extremamente pequenas,
temos que usar o nosso outro conjunto de leis, a Mecânica Quântica.
E como iremos ver,
a Mecânica Quântica dá uma imagem do
universo tão diferente da Relatividade Geral
que parece que estamos a descrever dois universos completamente separados.
Para ver o conflito entre a Relatividade Geral e a Mecânica Quântica
precisamos de encolher muito, muito, muito de tamanho.
Enquanto deixamos o mundo dos objetos grandes para trás
e aproximamo-nos do reino microscópico,
a familiar imagem do universo em que tudo pode ser previsto
começa a ser substituída por um mundo com
uma estrutura muito longe da previsibilidade.
E se continuarmos a encolher,
e a ficar bilhões e bilhões de vezes mais
pequenos que os mais pequenos pedaços de matéria,
átomos e partículas no seu interior
as leis do muito pequeno, a Mecânica Quântica,
dizem que o tecido do espaço torna-se confuso e caótico.
Eventualmente chegamos a um mundo tão
turbulento que desafia o senso comum.
Aqui, o espaço e o tempo estão tão alterados
e distorcidos que as convencionais idéias de
esquerda e direita,
cima e baixo,
mesmo antes e depois, não funcionam.
Não há forma de dizer de certeza se estou aqui,
ou aqui, ou em ambos os locais ao mesmo tempo.
Ou talvez cheguei aqui antes de chegar aqui.
No mundo quântico não podemos precisar tudo.
É um lugar inerentemente selvagem e frenético.
As leis no mundo quântico são muito
diferentes das leis a que estamos habituados.
Isto é surpreendente? (Walter Lewin, MIT)
Porque deveria o mundo do muito pequeno, do nível atômico,
porque deveria este mundo obedecer às leis que usamos no nosso mundo,
com maçãs e laranjas e a andar pelas ruas?
Porque iria esse mundo comportar-se da mesma forma?
A agitada e flutuante imagem do
espaço-tempo prevista pela Mecânica Quântica
está em conflito direto com o suave,
ordenado e geométrico modelo do espaço-tempo
descrito pela Relatividade Geral.
Mas pensamos que tudo,
da frenética dança das partículas
subatômicas ao majestoso girar das galáxias,
deveria ser explicado por um grande princípio físico, uma equação-chave.
Se conseguirmos encontrar essa equação,
a forma como o universo realmente funciona em
todo o tempo e local finalmente será revelada.
Sabem, o que precisamos é de uma teoria que consiga
encaixar com o muito pequeno e o muito grande,
uma que inclua Mecânica Quântica e
Relatividade Geral, e que nunca falhe, nunca.
Para os físicos, descobrir essa teoria que une
Relatividade Geral e Mecânica Quântica é o Santo Graal,
porque esta base dar-nos-ia uma única teoria matemática
que descreveria todas as forças que governam o universo.
A Relatividade Geral descreve a mais familiar destas forças: Gravidade.
Mas a Mecânica Quântica descreve três outras forças:
a Força Nuclear Forte
que é responsável por colar prótons e nêutrons no interior dos átomos;
o Eletromagnetismo, que produz luz, eletricidade e atração magnética;
e a Força Nuclear Fraca:
que é a força responsável pelos decaimentos radioativos.
Tudo o que acontece no universo,
da quebra dum átomo ao nascimento de estrelas,
não é nada mais que estas forças a interagir com a matéria.
Albert Einstein passou os últimos 30 anos da sua vida
à procura de uma forma para descrever as forças da Natureza numa única teoria,
e agora a Teoria das Cordas pode realizar o seu sonho de unificação.
Durante séculos, os cientistas imaginaram
os ingredientes fundamentais da natureza,
átomos e partículas mais pequenas no seu
interior, como pequenas esferas ou pontos.
Mas a Teoria das Cordas proclama que o coração de cada pedaço de matéria
é uma pequena e vibrante fibra de energia chamada "corda".
E um novo conjunto de cientistas acreditam
que estas minúsculas cordas são a chave
para unir o mundo do grande e o mundo do pequeno numa única teoria.
A idéia de que a teoria científica que já temos em mãos
poder responder às questões mais básicas é extremamente sedutora.
Durante cerca de 2000 anos, (James Gates JR., Maryland University)
a nossa física essencialmente era baseada...
essencialmente falávamos de bolas de bilhar.
A idéia da corda é uma mudança paradigmática grande,
porque em vez de bolas de bilhar, temos que usar pequenos fios de espaguete.
Mas nem todos estão entusiasmados com esta nova teoria.
Até agora, nenhuma experiência criada pode provar a existência destas cordas.
Deixe-me dizer diretamente. (Sheldon Glashow, Boston University)
Existem físicos e existem teóricos das cordas.
É uma nova disciplina, é um novo "podem chamar de tumor"
podem chamar o que quiserem,
mas eles estão focados em questões que as experiências não podem responder.
Eles negarão, estes teóricos das cordas,
mas é um tipo de Física que ainda não é testável,
que não faz previsões
que não há forma de experimentar no laboratório ou
de observações feitas no espaço ou de telescópios.
E eu sou levado a acreditar, e acredito, que a Física é uma ciência experimental.
Trabalha com resultados de experiência,
ou no caso da Astronomia, de observações.
Do início, muitos cientistas pensam que a Teoria
das Cordas era simplesmente muito arrojada.
E francamente, a estranha forma como a teoria
evoluiu numa série de mudanças, voltas e acidentes,
só a fez parecer mais improvável.
De fato, até o seu nascimento transformou-se num gênero de mito
que é mais ao menos assim..
No final de 1960 uma jovem físico italiano, chamado Gabriele Veneziano,
estava a procura de um conjunto de equações
que explicasse a Força Nuclear Forte,
a "cola" extremamente poderosa que segura o núcleo de cada átomo num pedaço
juntando prótons e nêutrons.
Como conta a história, ele acabou num
poeirento livro sobre a história da Matemática,
e nele encontrou uma equação com 200 anos,
escrita pela primeira vez pelo matemático suíço, Leonhard Euler.
Veneziano estava fascinado por descobrir que as equações de Euler,
que há muito pensava-se serem apenas uma curiosidade
matemática, pareciam descrever a Força Forte.
Rapidamente publicou um artigo e ficou
famoso após a sua descoberta "acidental".
Vejo ocasionalmente, escrito em livros, (Gabriele Veneziano, CERN)
que este modelo foi inventado à sorte ou encontrado num livro de matemática,
e isso faz-me sentir mal.
O que é verdade é que a função foi o resultado de um longo ano de trabalho,
e que acidentalmente descobrimos a Teoria das Cordas.
Independentemente de como foi descoberta,
a equação de Euler, que miraculosamente
explica a Força Forte, tomou vida própria.
Era o nascimento da Teoria das Cordas.
Passada de colega a colega,
a equação de Euler acabou num quadro em frente
a um jovem físico americano, Leonard Susskind.
Até hoje lembro-me da fórmula.
A fórmula era...
e olhei para ela, e disse "Isso é tão
simples que até isso consigo perceber isso".
Susskind retirou-se para o seu sótão para investigar.
Ele percebeu que esta antiga fórmula descrevia a Força Forte matematicamente,
mas entre os símbolos abstratos ele apanhou o brilho de algo novo.
E eu dei-lhes voltas, brinquei com ela. (Leonard Susskind)
Sentei-me no meu sótão, penso que durante dois meses.
Mas a primeira coisa que consegui ver nela,
era a descrição de um tipo de partículas
que tinham uma estrutura interna que vibrava,
que podia fazer coisa, não era um partícula pontual.
E comecei a perceber o que estava a ser
descrito era um corda, um corda elástica,
como uma banda elástica, ou uma banda elástica cortada a meio.
E esta banda elástica não contraia e esticava simplesmente, também vibrava.
E maravilha das maravilhas, concordava exatamente com esta fórmula.
Eu tinha quase a certeza a essa altura que era o único no mundo que sabia isso.
Susskind escreveu a sua descoberta
introduzindo a revolucionária idéia de cordas.
Mas antes que o seu artigo pudesse ser publicado
tinha que ser avaliado por um painel de peritos.
Estava completamente convencido que quando voltasse diria,
"Susskind é o próximo Einstein," ou mesmo talvez, "o próximo Newton. "
E voltou a dizer "o artigo não é muito
bom, provavelmente não deve ser publicado".
Eu verdadeiramente fiquei atordoado.
Estava deprimido, triste. Entristeci com aquilo.
Tornou-me num monte de nervos, e como resultado
disso fui para casa e apanhei uma bebedeira.
Enquanto Susskind afogava as suas mágoas pela rejeição da sua inovadora idéia,
parecia que a Teoria das Cordas estava morta.
Enquanto isso, a ciência generalista aceitava
as partículas como pontos, não cordas.
Durante décadas, os físicos têm explorado
o comportamento de partículas microscópicas
ao esmagá-las juntas a altas velocidade e estudar estas colisões.
No conjunto de partículas produzidas, eles descobriram
que a natureza é muito mais rica do que pensavam.
Uma vez por mês houve a descoberta de uma nova partícula:
o mesão Rho, a partícula Omega, a partícula B,
a partícula B1, a partícula B2, Phi, Omega...
foram utilizadas mais letras das que existem na maioria dos alfabetos.
Era uma explosão de uma população de partículas.
Era um tempo em que os estudantes corriam
pelas corredores do departamento de Física
e diziam que tinham descoberto outra partícula, e encaixava na teoria.
E era tudo muito excitante. (Steve Weinberg, Texas University)
E neste Zôo de novas partículas, os cientistas não
estavam apenas a descobrir os novos blocos da matéria.
Deixando a Teoria das Cordas criar pó, os físicos
fizeram uma fascinante e estranha previsão:
que as forças da natureza também podem ser explicadas por partículas.
Bem, é realmente um idéia estranha, mas é como
um jogo de apanhar em que um jogador como eu
e como eu são partículas de matéria.
E a bola que atiramos para a frente e para trás é uma partícula de força.
É chamada uma partícula mensageira.
Por exemplo, no caso do magnetismo, da força
eletromagnética, esta bola seria um fóton.
Quantos mais as partículas mensageiras ou fótons trocados entre nós,
mais forte é a atração magnética.
E os cientistas previram que é esta troca de partículas
mensageiras que cria o que sentimos como forças.
Experiências confirmaram estas previsões com a
descoberta de partículas mensageiras no eletromagnetismo,
na Força Forte e na Força Fraca.
E utilizando estas partículas recentemente descobertas
os cientistas estavam a aproximar-se do sonho de Einstein de unificar as forças.
Físicos de partículas pensam que se rebobinarmos o
filme cósmico para poucos momentos depois do Bing ***,
alguns 14 bilhões de anos atrás, quando o
universo era trilhões de graus mais quente,
as partículas mensageiras do eletromagnetismo
e da Força Fraca seriam indistinguíveis.
Tal como cubos de gelo derretem em água no Sol quente,
experiências mostram que se rebobinarmos para
as condições extremamente quentes do Bing ***,
as forças Fraca e eletromagnética fundem-se e unem-se numa única força
chamada "Eletrofraca,".
E os físicos acreditam que se voltarmos ainda mais atrás no filme,
a Electrofraca iria unir-se com a Força Forte numa grande "Super-Força".
Apesar disso ainda não ter sido provado,
a Mecânica Quântica era capaz de explicar
como 3 das forças operavam a nível subatômico.
De repente tínhamos uma teoria consistente
de partículas físicas elementares,
que permite-nos descrever todas as interações
fraca, forte e eletromagnética na mesma linguagem.
Tudo faz sentido, e está tudo nos livros.
Tudo estava a convergir para uma simples
imagem das partículas e forças conhecidas,
uma imagem que eventualmente ficou conhecida por "Modelo Padrão".
Acho que fui eu que lhe dei o nome. (Steven Weinberg)
Os inventores do Modelo Padrão, quer em nome quer
em teoria, eram a admiração da comunidade científica,
recebendo Prêmio Nobel atrás de Prêmio Nobel.
Mas atrás das festa estava uma grande omissão.
Apesar do Modelo Padrão ter explicado três
das forças que governam o mundo do pequeno,
não incluía a força mais familiar, a gravidade.
Obstruída pelo Modelo Padrão, a Teoria
das Cordas tornou-se secundária na Física.
A maioria das pessoas na nossa comunidade perdeu
completamente interesse na Teoria das Cordas.
Disseram "Ok, foi interessante e elegante
mas não tem nada a ver com a natureza".
Não é levada a sério pela maioria da comunidade,
mas os primeiros pioneiros da Teoria das Cordas
estavam convencidos que estavam a "cheirar"
a realidade e continuaram com a idéia.
Mas quanto mais estes durões mergulhavam na
Teoria das Cordas, mais problemas encontravam.
A inicial Teoria das Cordas tinha vários problemas.
Um é a previsão de uma partícula que sabemos que não é física.
É chamada "táquion", uma partícula que viaja mais depressa que a luz.
Havia a descoberta que a teoria necessitava de 10 dimensões,
o que é muito perturbador, pois é óbvio que são mais do que as que existem.
Tinha uma partícula sem *** que não foi verificada em experiências.
Estas teorias pareciam não fazer sentido.
Parecia uma maluqueira para as pessoas.
Basicamente, a Teoria das Cordas não saía do chão.
As pessoas atiravam as mãos ao ar e diziam: "Isto não pode estar certo."
Em 1973,
apenas alguns jovens físicos estavam a lutar
com as obscuras equações da Teoria das Cordas.
Um era John Schwarz, que estava ocupado a tratar
dos numerosos problemas da Teoria das Cordas,
entre eles, a misteriosa partícula sem ***,
prevista pela teoria mas nunca vista na natureza,
e um conjunto de anomalias ou inconsistências matemáticas.
Passamos muito tempo a tentar jogar com a teoria. (John Schwarz)
Tentamos todas as formas de fazer com que a dimensão fosse quatro,
ver-nos livres das partículas sem *** e dos táquions e etc.,
mas era feio e pouco convincente.
Durante 4 anos, Schwarz tentou dominar
as rebeldes equações da Teoria das Cordas,
mudando, ajustando, combinando e recombinando-as de formas diferentes.
Mas nada funcionou.
Prestes a abandonar a Teoria das Cordas, Schwarz teve uma idéia genial:
talvez as suas equações estivessem a descrever a Gravidade.
Mas isto significava reconsiderar o tamanho destes pequenos fios de energia.
Não estávamos a pensar em gravidade até aquele ponto.
Mas mal sugerimos que talvez devêssemos lidar com a teoria da Gravidade,
nós tivemos que mudar radicalmente a nossa
visão acerca do tamanho destas cordas.
Pela suposição que as cordas eram centenas de bilhões
de bilhões de vezes mais pequenas do que o átomo,
uma das falhas da teoria torna-se numa virtude.
A misteriosa partícula que John Schwarz tentou livrar-se parece ser um graviton,
a longamente procurada partícula que se
acredita transmitir gravidade a nível quântico.
A Teoria das Cordas produziu a peça do puzzle que faltava no Modelo Padrão.
Schwarz submeteu para publicação a sua inovadora
nova teoria descrevendo o funcionamento da Gravidade
no mundo subatômico.
Parece-nos muito óbvio que estava certo. (John Schwarz)
Mas não havia nenhuma reação na comunidade.
De novo, a Teoria das Cordas caiu em orelhas surdas.
Mas Schwarz não desistiria.
Ele tinha olhado para o Santo Graal.
Se as cordas descreviam a Gravidade a nível quântico,
elas deviam ser a chave para unificar as quatro forças.
Foi acompanhado na sua busca pelo único cientista
disposto a arriscar a carreira em cordas,
Michael Green.
Num sentido, penso que tínhamos a confiança
que a Teoria das Cordas estava obviamente certa,
e não interessava se as pessoas não viam naquela altura.
Iriam ver no final. (Michael Green, Cambridge University)
Mas para a confiança de Green compensar,
ele e Schwarz teriam que confrontar o fato que no início de 1980s,
a Teoria das Cordas ainda tinha falhas
fatais na matemática chamadas "anomalias".
Uma anomalia é exatamente o que soa.
É algo estranho, deslocado, algo que não pertence.
Bem, este tipo de anomalia é apenas estranho.
Mas as anomalias matemáticas podem
significar desespero aos teóricos físicos.
São um pouco complicadas, portanto aqui vai um exemplo:
digamos que temos uma teoria na qual estas duas equações
descrevem uma propriedade física do nosso universo.
Bem, ao resolver esta equação descubro que x=1,
e se resolver esta outra equação vejo que x=2.
Sei que a minha teoria tem anomalias porque deveria ter o mesmo valor para x.
A não ser que reveja as minhas equações para
ter o mesmo valor de x em ambos os lados,
a teoria está morta.
No início de 1980s, a Teoria das Cordas tinha anomalias matemáticas como estas,
apesar das equações serem muito mais complexas.
O futuro desta teoria dependia de livrar
as equações destas inconsistências fatais.
Depois de Schwarz e Green batalharem nas
anomalias da Teoria das Cordas por 5 anos,
o seu trabalho culminou tarde numa noite no Verão de 1984.
Era vastamente acreditado que estas teorias
eram inconsistentes por causa das anomalias.
Bem, por nenhuma razão especial, senti que estavam errados porque eu,
eu senti, "a Teoria das Cordas deve estar
certa, logo não podem haver anomalias".
Então decidimos "Temos que calcular essas coisas". (John Schwarz)
Surpreendentemente tudo se resumiu a um cálculo.
Num lado do quadro deu 496.
E se conseguissem o mesmo número do outro lado
provavam que a Teoria das Cordas estava livre da anomalias.
Eu lembro-me do momento particular (Michael Green)
quando o John Schwarz e eu falávamos para o quadro e a trabalhar
com estes números que tinham que encaixar, tinham que ser iguais.
Lembro-me de brincar com o John Schwarz
no momento, por haviam trovões e relâmpagos
havia uma grande tempestade em Aspen na altura e lembro-me de dizer algo como
"Devemos estar perto, porque os deuses
tentam impedir-nos de fazer os cálculos".
E, de fato, eram iguais.
A igualdade entre os números significava que a teoria estava livre de anomalias.
E tinha a profundidade matemática para incluir todas as 4 forças.
Então reconhecemos que as cordas não descreviam apenas
a gravidade, também podiam descrever as outras forças.
Então falávamos em termos de unificação.
E vimos a possibilidade de realizar o sonho
que Einstein expressou nos últimos anos,
de unificar as diferentes forças numa profunda matriz de trabalho.
Sentimo-nos muito bem.
Foi um momento extraordinário,
porque percebemos que nenhuma outra teoria foi sucedida a fazer isto.
Mas nessa altura, era como "o choro do lobo".
Cada vez que fazíamos algo, achávamos que
todos iam ficar excitados, mas não ficavam.
Então eu imaginei... nessa altura não esperava muita reação.
Mas nessa altura a reação foi explosiva.
Em menos dum ano, o número de teóricos das
cordas aumentou de uma mão cheia para centenas.
Até ao momento, a conversa mais longa que tivera sobre
o assunto foram 5 minutos numa pequena conferência.
E depois, subitamente, era convidado para
todo o lado para falar e dar conferências.
A Teoria das Cordas foi batizada "A Teoria do Tudo".
No início do Outono de 1984, vim aqui, à Universidade de Oxford,
para começar os meus estudos de graduação em Física.
Algumas semanas depois, vi um pôster de uma conferência de Michael Green.
Não sabia quem ele era, mas, pensado bem, eu não sabia quem era quem.
Mas o título da conferência era algo como
"A Teoria do Tudo". Como podia resistir?
Esta elegante nova versão da Teoria das Cordas parecia
capaz de descrever toda a matéria-prima da natureza.
Eis como:
dentro de cada grãos de areia existem bilhões de pequenos átomos.
Cada átomo é feito de ainda mais pequenos pedaços de matéria,
elétrons em órbita do núcleo feito de prótons e nêutrons,
que ainda são feitos de partículas mais pequenas chamadas quarks.
Mas a Teoria das Cordas diz que este não é o fim da linha.
Faz a incrível afirmação que as partículas que compõem tudo no universo
são feitas de ingredientes ainda mais pequenos,
pequenas vibrantes fibras de energias que se parecem com cordas.
Cada uma destas cordas é inimaginavelmente pequena.
De fato, se um átomo fosse alargado para o tamanho do Sistema Solar,
uma corda apenas seria tão grande como uma árvore!
E aqui está a idéia chave.
Tal como diferentes padrões vibracionais ou
freqüências duma única corda de violoncelo
criam o que ouvimos como diferentes notas musicais,
as diferentes formas como as cordas vibram
dão às partículas as suas propriedades únicas,
como a *** e a carga.
Por exemplo, a única diferença entre as partículas que constituem vocês e eu
e as partículas que transmitem gravidade e as outras
forças, é apenas a forma como estas pequenas cordas vibram.
Composto de um enorme número destas oscilantes cordas,
o universo pode ser pensado como uma grande cósmica sinfonia.
E esta elegante idéia resolve o conflito entre a imagem
estranha e imprevisível do espaço na escala subatômica
e a nossa suave imagem do espaço à escala maior.
É a inquietude da teoria quântica versus a gentileza
da Relatividade Geral de Einstein que torna
tão difícil ligar os dois, colá-los juntos.
Bem, o que a Teoria das Cordas faz é basicamente
acalmar a inquietude da Mecânica Quântica.
Estende-a tomando a velha idéia da
partícula pontual e espalhando-a numa corda.
Então o comportamento inquieto mantém-se,
mas é suficientemente menos violento para a Mecânica Quântica e
a Relatividade Geral colarem-se juntas perfeitamente nesta teoria.
É um triunfo da Matemática.
Com mais nada do que estas pequenas e vibrantes fibras de energia,
os teóricos das cordas afirmam realizar o sonho
de Einstein de unificar todas as forças e matéria.
Mas esta radical nova teoria contém uma falha na sua armadura.
Numa experiência pode verificar o que
se passa às distâncias que são estudadas.
Nenhuma observação pode ser feita a estas
pequenas distâncias ou altas energias.
Isto é dizer, não há nenhuma experiência que possa
ser feita, (Sheldon Glashow, Boston University)
nem nenhuma observação que possa ser realizada, isto é dizer,
"Vocês estão errados". A teoria está segura, permanentemente segura.
É uma teoria da Física ou uma filosofia? Pergunto-vos.
As pessoas freqüentemente criticam a Teoria das Cordas dizendo
que está muito distante de qualquer *** experimental direto,
e que não é na realidade Física, por
isso. (Michael Green, Cambridge University)
E a minha resposta a isso é simplesmente,
será provado que estão errados.
Fazendo a Teoria das Cordas ainda mais
difícil de provar, é que, para funcionar,
as complexas equações necessitam de algo que parece saído da ficção científica:
dimensões extra no espaço.
Sempre pensamos, durante séculos, que só existia o que vemos.
Sabem, esta dimensão, essa e esta outra. (Amanda Peet, Toronto University)
Apenas existem 3 dimensões de espaço e 1 de tempo.
E as pessoas que disseram que existiam dimensões
extra foram chamadas de pedrados ou bananas.
Bem, a Teoria das Cordas realmente prevê isto.
Para serem levados a sério, os teóricos das cordas têm que
explicar como esta bizarra previsão pode ser verdadeira.
E eles afirmam que a estranha idéia de dimensões
extra pode ser mais terrena do que pensaríamos.
Deixem-me mostrar o que quero dizer.
Vou encontrar-me com o tipo que foi a primeira pessoa a pensar nesta idéia.
É suposto encontrar-me com ele às 14h00 no seu
apartamento na Fifth Avenue e 93rd Street, no 2º andar.
Bem, para ir a essa reunião, preciso de 4 pedaços de informação:
um para cada uma das 3 dimensões do espaço
uma rua, uma avenida e o andar e mais uma para o tempo, a 4ª dimensão.
Podemos pensar nestas 4 dimensões em experiências comuns:
esquerda-direita, trás-frente, cima-baixo e tempo.
Parece que a estranha idéia de que existem
extra dimensões já tem quase um século.
A nossa sensação de que vivemos num universo de 3
dimensões espaciais realmente parece fora de questão.
Mas em 1919, Theodor Kaluza,
a virtualmente desconhecido matemático
alemão, teve a coragem de desafiar o óbvio.
Ele sugeriu que talvez, talvez,
o nosso universo tivesse mais dimensões do que aquelas que podemos ver.
Olhe. Ele diz aqui, "Gostei da sua idéia", então porque ele atrasa?
Sabem, Kaluza enviou a sua idéia sobre
dimensões adicionais do espaço a Albert Einstein.
E apesar de Einstein ter sido inicialmente um entusiasta,
ele pareceu afastar-se e durante 2 anos
manteve a publicação do trabalho de Kaluza.
Eventualmente, o artigo de Kaluza foi publicado depois de
Einstein ter decido que dimensões extra eram sua "chávena de chá".
Eis a idéia.
Em 1916,
Einstein mostrou que a gravidade não era mais que curvas
e rugas nas nossas 4 familiares dimensões do espaço-tempo.
Apenas 3 anos depois, Kaluza propôs que o eletromagnetismo também fosse curvas.
Mas para isto ser verdade, Kaluza precisava
de um sítio onde as curvaturas ocorressem.
Então Kaliza propôs uma escondida extra dimensão espacial.
Mas se Kaluza estava certo, onde estava essa
extra dimensão? E como são as extra dimensões?
Até podemos imaginá-las?
Bem, continuando a trabalho de Kaluza, o físico
sueco Oskar Klein sugeriu uma resposta invulgar.
Olhem para os cabos que suportam aquele semáforo.
Desta distância, não consigo ver se têm alguma grossura.
Cada um deles parece uma linha, algo com apenas uma dimensão.
Mas suponham que poderíamos explorar estes cabos de perto,
como do ponto de vista duma formiga.
Agora, a 2ª dimensão que constitui o cabo torna-se visível.
Deste ponto de vista, a formiga pode mover-se para a frente e para trás,
e também pode mover-se no sentido dos ponteiros do relógio e no oposto.
Então as dimensões têm 2 variedades.
Podem ser longas e desenroladas, como o comprimento do cabo,
mas também podem ser pequenas e enroladas
como a direção circular em sua volta.
Kaluza e Klein fizeram a arrojada sugestão que a matéria-prima
do nosso universo poder ser como a superfície de um cabo,
tendo ao mesmo tempo grandes e extensas dimensões, as 3
que conhecemos, mas também pequenas enroladas dimensões,
enroladas e tão pequenas, bilhões de vezes mais
pequenas que um átomo, que não as podemos ver.
Então a nossa percepção que vivemos num universo de 3
dimensões espaciais diferentes pode não estar correta.
Podemos na realidade viver num universo com mais dimensões do que as que vemos.
Então, qual seria o aspecto destas dimensões extra?
Kaluza e Klein propuseram que, se
conseguíssemos encolher bilhões de vezes,
descobriríamos uma pequena enrolada
dimensão localizada em cada ponto do espaço.
E tal como a formiga pode explorar a
dimensão circular à volta do cabo do semáforo,
em teoria, uma formiga bilhões de vezes mais pequena
também poderia explorar essas pequena, enrolada, dimensão circular.
Esta idéia de que dimensões extra existem à
nossa volta está no coração da Teoria das Cordas.
De fato, a matemática da Teoria das
Cordas não exige uma, mas 6 dimensões extra,
torcidas e enroladas em formas complexas e
pequenas que poderiam parecer-se com isto.
Se a Teoria das Cordas estiver certa, temos
que admitir que existem dimensões extra,
e acho isto completamente explosivo. (Michael Duff, Michigan University)
Se tomarmos a teoria que temos agora, concluía que as dimensões extra existem.
São uma parte da natureza. (Edward Witten, Institute Advance Study)
Quando falamos de dimensões extra (Joseph Lykken, Fermilab)
nós literalmente dizemos dimensões extra do espaço tal
como as dimensões espaciais que vemos à nossa volta.
E a única diferença entre elas tem a ver com a sua forma.
Mas como podem estas pequenas dimensões extra, enroladas de forma tão peculiar,
ter qualquer efeito no mundo diário?
Bem, de acordo com a Teoria das Cordas, a forma é tudo.
Por causa da sua forma, um trompete francês
pode produzir dezenas de notas diferentes.
Quando carregamos numa das teclas, mudamos a nota,
porque mudamos a forma do espaço dentro do trompete onde o ar faz ressonância.
E pensamos que as enroladas dimensões da
Teoria das Cordas funcionam de forma semelhante.
Se conseguirmos encolher de forma a voar numa destas
6 pequenas dimensões previstas na Teoria das Cordas
veríamos como as dimensões extra são torcidas e enroladas umas nas outras,
influenciando como as cordas, os ingredientes
fundamentais do universo, movem-se e vibram.
E isto poderia ser a chave para resolver
um dos mistérios mais profundos da natureza.
Sabem, o nosso universo é como uma máquina bem afinada.
Os cientistas descobriram que existem cerca de 20 números,
20 constantes fundamentais da natureza que dão
ao universo as características que vemos hoje.
São números como quanto pesa um elétron,
a Força da Gravidade, a Força
eletromagnética, e as Forças Forte e Fraca.
Bem, enquanto pomos os algarismos no nosso universo
para precisamente os valores de cada um dos 20 números,
a máquina produz o universo que conhecemos e gostamos.
Mas se modificarmos os números ao mudar as definições da máquina só um pouco...
as conseqüências são dramáticas.
Por exemplo, se aumentar a potência da Força eletromagnética,
os átomos repelem-se com mais força, e portanto os fornos
nucleares que fazem as estrelas brilhar destroem-se.
As estrelas, incluindo o Sol, desaparecem,
e o Universo tal como o conhecemos desaparece.
Então o que é que, na natureza, coloca os
valores das 20 constantes com tanta precisão?
Bem, a resposta pode ser a dimensão extra da Teoria das Cordas.
Ou seja, a pequena e enrolada com 6 dimensões prevista pela teoria
faz com que uma corda vibre precisamente na forma
correta de produzir o que vemos como um fóton
e que outra corda vibre de forma diferente originando um elétron.
Então, de acordo com a Teoria das Cordas,
estas minúsculas dimensões extra podem na realidade
determinar todas as constantes da natureza,
mantendo a sinfonia cósmica das cordas afinada.
Pelos meados de 1980s, a Teoria das Cordas parecia imparável,
mas atrás das cortinas, a teoria continha complicações.
Ao longo dos anos, teóricos das cordas têm
sido tão sucedidos que construíram não uma,
mas cinco versões diferentes da teoria.
Cada uma foi construída com cordas e dimensões extra,
mas em detalhe, as cinco teorias não estão em harmonia.
Em algumas versões, as cordas são fios abertos.
Noutras, são círculos fechados.
À primeira vista, algumas versões precisavam de 26 dimensões.
Todas as cinco versões pareciam igualmente válidas,
mas qual delas descrevia o nosso universo?
Isto era um pouco embaraçante para os teóricos das cordas porque, dum lado
queríamos dizer que poderia ser isto, a descrição final do universo.
Mas logo a seguir teríamos que dizer: "Vem em 5 sabores, 5 variações".
Como só existe um universo esperamos uma teoria, não cinco.
Aqui está um exemplo onde mais é menos. (Brian Greene, Columbia University)
Uma atitude das pessoas que não gostam da Teoria das Cordas era dizer:
"Bem, têm 5 teorias, não é única". (Michael Green, Cambridge University)
Era um estado da situação peculiar,
(John Schwarz, Calif. Inst. of Technology)
porque estávamos a procurar descrever uma teoria da natureza, não cinco.
Se existem 5 delas, talvez hajam pessoas espertas o suficiente para encontrar 20,
ou talvez exista um número infinito delas. (Joseph Lykken, Fermilab)
e olhamos para trás à procura à sorte de teorias para o mundo.
Talvez uma das 5 Teorias das Cordas está
a descrever o universo, mas por outro lado,
qual delas? Por quê? E por que as
outras? (Cumrun Vafa, Harvard University)
Ter 5 Teorias das Cordas, apesar de ser um progresso, levanta a óbvia questão:
se uma das teorias descreve o universo, então quem vive nos outros 4 mundos?
A Teoria das Cordas parecia perder poder de novo.
E frustrados com a falta de progresso, muitos físicos abandonaram o campo.
Será que a Teoria das Cordas irá provar ser a "Teoria do Tudo"
ou revelar-se-á como uma "Teoria do Nada"?