Teoria das Cordas – FAQ

calabiyauart

Neste blog já publiquei um outro post sobre a Teoria das Cordas, pelo que este tem uma abordagem um pouco diferente da desse – ainda mais simples e com menos detalhe. Aqui tentarei responder a algumas das questões típicas sobre a teoria. O facto de não entrar em pormenores também se deve ao facto de eu próprio não saber muito do tema. Para terem uma ideia, é uma teoria que nunca se ensina num curso “normal” de Física, em nível de licenciatura ou mestrado. Só mesmo quem quiser fazer investigação na área é que a começa a estudar. Bom, neste caso, a razão não é apenas por ser uma teoria bastante complexa – de facto, o impasse em que ela se encontra actualmente deve-se em grande parte a isso mesmo, dado que a matemática envolvida transcende em grande medida a matemática necessária para a maioria das outras teorias físicas que existem. A razão principal é por ser uma ser teoria incompleta e, por isso, apenas uma hipótese entre outras para explicar o seu domínio de aplicação, enquanto que em cursos de Física só se aprende, como é natural, as teorias completas e confirmadas pela experiência, aquelas que não têm alternativas à altura discutíveis no mundo científico.

Passemos então às questões e respectivas respostas (as questões têm encadeamento lógico de umas para as outras). Espero que as questões sejam de facto aquelas que o leitor pretende ver respondidas. Caso não o sejam, podem propor outras em comentário.

1. Qual o objectivo dessa teoria? Procura explicar o quê?

A Teoria das Cordas é uma tentativa de explicar o funcionamento de todo o universo, quer o que ele é hoje, quer o que foi, bem como o que será, ou seja, será uma teoria que terá que explicar tudo o que aconteceu no universo (a nível cosmológico) desde o Big Bang até ao “fim dos tempos” (que não se tem a certeza que seja um Big Freeze, ou um Big Crunch, fazendo aqui um esquecimento propositado ao Big Rip). Este é pelo menos o “potencial” da teoria. Em primeira instância é uma tentativa de unificar: Teoria da Relatividade Geral com Mecânica Quântica, como alternativa ao “Modelo Padrão” (ver O Mundo das Partículas II); unificando as quatro Forças da Natureza.

2. Tanto “big” na resposta anterior. O que vem a ser tudo isso?

A Teoria do Big Bang é a teoria actualmente aceite para explicar o início do universo, que basicamente diz que todo o universo partiu de um único ponto de energia (há cerca de 13.8 mil milhões de anos atrás) e se expandiu até ao que hoje se vê. Esta teoria assenta fundamentalmente em dois factos experimentais: radiação cósmica de fundo e a observação de Hubble de que tudo se parece estar a afastar de nós. O Big Freeze, o Big Crunch e o Big Rip são as três hipóteses de como pode acabar o universo, sendo que na primeira o universo continuará a expandir-se para sempre, no segundo a expansão pára e regride, acabando numa “grande” implosão, e o terceiro (bem mais recente que as outras hipóteses) sugere algo semelhante ao primeiro, mas com a diferença que neste até os próprios átomos se irão desintegrar devido à expansão (enquanto que o Big Freeze prevê que os aglomerados de matéria se poderão manter juntos, devido à gravidade). Estas hipóteses dependem da medição de um parâmetro que curiosamente se encontra num valor tão próximo do valor crítico entre uma situação (Big Crunch) e outra (juntando o Big Freeze e o Big Rip), que é para já impossível de se ter certezas, ainda que a balança penda para o lado da segunda hipótese. (Um maior conhecimento sobre a matéria e energia negras terá certamente consequências nesta questão.)

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Evolução do universo prevista pela teoria do Big Bang. A temperatura actual a que podemos encontrar o “espaço vazio” provém de um calor residual proveniente do próprio Big Bang (que é agora a radiação cósmica de fundo).

3. Voltando à Teoria das Cordas, porquê que é uma teoria tão conhecida?

Muitos dos entusiastas por Ciência têm como ídolo aquele que foi possivelmente o maior génio do século XX – Albert Einstein. Ao lerem sobre as suas descobertas, é bastante provável “tropeçarem” com o chamado «sonho de Einstein», que seria o concluir da sua teoria do Campo Unificado, algo que ele não conseguiu fazer. Essa teoria teria como objectivo criar um modelo que explicasse em simultâneo as quatro forças da natureza: força forte, força fraca, força electromagnética e força gravítica. A seguir a Einstein, muitos cientistas continuaram o seu trabalho, como é óbvio. Desse trabalho resultou, entre outras teorias, a Teoria das Cordas, que é ainda considerada por muitos a mais promissora teoria a conseguir explicar aquilo com que Einstein almejara (ainda que haja alternativas). Penso que é este um dos pontos que faz a teoria ser conhecida. Um outro ponto será com certeza o facto usar algumas premissas que parecem desconcertantes.

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O cientista mais conhecido do século passado – Albert Einstein.

4. Que tipo de premissas desconcertantes são essas?

Restringindo-me apenas às mais notórias: prevê a existência de 11 dimensões, em vez das 4 que conhecemos (três espaciais e uma temporal), e assume que as unidades fundamentais deste universo são “corpos” unidimensionais – filamentos, ou como são conhecidas: cordas (daí o nome da teoria).

5. Onze dimensões?? Como é isso possível?

Na verdade é possível de duas formas: podemos ter dimensões adicionais “dobradas” a nível sub-atómico (muito abaixo da escala atómica, na verdade), de tal modo que são impossíveis de “observar”, ou então são tão grandes que nem as sentimos. Esta é fácil de compreender, pensando numa analogia de duas e três dimensões: se pensarem que vivem num mundo a duas dimensões (sobre um plano, portanto), nada se altera para vós se o plano for dobrado, mas na verdade isso indica a existência de uma outra dimensão “oculta”.

6. E isso das “cordas”, o que é e para que serve?

A “corda”, como disse, é um objecto unidimensional de tamanho extremamente reduzido (não é algo que possa ser “visto” num acelerador de partículas) e que é a unidade básica no universo. Podem existir vários tipos de cordas, com vários comprimentos, o que lhes darão propriedades diferentes, de modo a explicar a existência de todo o tipo de partículas conhecidas (quarks, por exemplo).

7. O que havia de errado com as partículas, para que viessem inventar a existência de cordas?

Primeiro, porque na Física de partículas convencional (Modelo Padrão) ainda não se encontrou uma forma de conseguir explicar o porquê de haver tantas partículas “fundamentais”, e que correm o risco de deixarem de o ser, por aparecerem outras mais “fundamentais”. Ninguém quer acreditar que o universo tenha sido de tal modo “desenhado” que haja tantos corpos distintos ao nível mais pequeno – seria de esperar algo mais “elegante”. (Talvez estejam a pensar: a Natureza é como é, não interessa o que achemos dela, temos que simplesmente ver o que ela nos diz e não considerar premissas perigosas, que nos possam afastar da verdade – isso tem lógica, mas a história da Ciência, e da Física em particular, ensina-nos algo diferente, e isso não deve ser descartado só por razões de lógica – a hipótese mais simples é muitas vezes a correcta.)

Em segundo, a Mecânica Quântica e a Relatividade Geral (a teoria do muito pequeno e a teoria do muito grande – ambas comprovadas experimentalmente) parecem não concordar uma com a outra quando têm que ser usadas em simultâneo, o que implica que uma delas esteja errada, ou que as não estejamos a usar correctamente. A introdução do conceito de corda nesta discussão pode resolver a questão (em princípio resolve mesmo, mas não entrarei nesses pormenores).

8. Quando é que a teoria é concluída?

A questão, neste momento, não é o quando, mas sim o “se”. Actualmente é impossível prever se a teoria será concluída. Aliás, mesmo que o seja, ainda se tem dúvidas se será possível comprová-la, ou não. Na verdade é uma teoria que é vista por muitos como uma perda de tempo, de dinheiro e de muito talento (muitas das melhores mentes humanas estão a investir o seu esforço numa questão que pode não ter resposta, havendo, porém, muitas outras áreas onde o sucesso seria quase garantido e as consequências para a humanidade estariam asseguradas).

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Tradução: Teoria das Cordas resumida: “Acabo de ter uma grande ideia. Supõe que toda a matéria e energia é feita de pequenas “cordas” vibrantes.” – “OK. O que implicaria isso?” – “Não sei.”

Marinho Lopes

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14 thoughts on “Teoria das Cordas – FAQ

  1. Bom tutorial 😉

    Achas que podes explicar melhor e/ou mandar uma imagem que explique melhor a parte de duas dimensões estarem dobradas? Não estou a conseguir visualizar.

    • Imagina que vives num mundo a 2D – só podes olhar para a direita/ esquerda, trás /frente. Se dobrarem o teu espaço, tu não notas nada. Podes por exemplo desenhar um boneco numa folha – imagina que o boneco vive nessa folha – ele não consegue observar a terceira dimensão, logo não irá notar que dobres a folha.

  2. Digamos que a teoria das cordas venha ser aceita e comprovada. Ai surge uma nova pergunta. De que são feitas estas cordas? De partículas ou outras cordas? Intrigante né?

    • É ao contrário: primeiro tem que ser comprovada (o que é muito difícil, pois nem se sabe como); só depois começará a ser aceite.

      Na verdade, a sua questão é pouco pertinente no âmbito da teoria: se as cordas forem feitas de algo, isso implica que a teoria está necessariamente errada. Mas teoricamente, não faz sentido que as cordas sejam constituídas por alguma coisa, porque elas já se encontram na escala de Planck, uma escala que está intimamente envolvida com o Princípio da Incerteza de Heisenberg, por exemplo. Supostamente, no caso de as cordas existirem, elas têm mesmo que ser fundamentais, a menos que algo de muito errado se passe na Física (mesmo naquela que já foi comprovada – Mecânica Quântica).

      • Realmente, mas essa ideia das cordas existirem é muito fora da realidade, mesmo ela estando na escala de Plank. Eu ainda me pergunto de onde eles tiraram essa ideia da existencia das cordas.

      • A ideia, como explico no presente artigo e no outro que tenho neste blog sobre a Teoria das Cordas, resulta do facto de tal assumpção resolver os problemas mais fundamentais que aparecem na gravidade quântica. A mim parece-me bastante natural: se um ponto não funciona, então é natural tentar-se um objecto com uma dimensionalidade que permita a resolução do problema. É uma forma de pensar bastante pragmática.

  3. Olá! Muito interessante o artigo (e o outro também).

    Eu tenho grande facínio e admiração com respeito a está teoria.

    E quero saber como ela resolve o problema da incompatibilidade entre a relatividade geral e a mecânica quântica? (queria uma descrição pouco mais detalhada se possível por favor. Nunca encontro explicação aceitável, só apenas “ela resolve o problema” mas nunca uma explicação de como).
    Queria saber também se há periódicos ou similares sobre a teoria? E quais são? Sempre encontro sobre outros assuntos relacionados a física, mas nunca sobre a teoria em si.

    Agradeço.
    Marto

    • Olá Marto.

      A incompatibilidade é resolvida ao considerar-se que não existem partículas pontuais (mas sim cordas). Se as partículas fundamentais têm uma dimensão diferente de zero, então todos os infinitos “desaparecem”.

      Recomendo-lhe a ler, por exemplo, o “Universo Elegante” de Brian Greene. Note-se que não deixa de ser um livro de divulgação científica, ainda que ele dê bastante detalhes. Para se compreender mesmo a teoria é claro que é impossível de evitar a sua Matemática. “Periódicos” não existem. As Cordas é um campo da Cosmologia, e como tudo em Ciência, o seu desenvolvimento vai progredindo de forma descontínua (tanto pode haver muitas novidades num ano, como não haver nenhuma no seguinte) – depende daquilo que os cientistas vão descobrindo, o que é obviamente imprevisível. Artigos científicos são publicados em muitas revistas (as mais conhecidas são a Nature e a Science). Normalmente um artigo científico é escrito de forma direccionado a outros investigadores do campo, pelo que se não tiver formação em Cosmologia e em particular em Teoria das Cordas, provavelmente não irá compreender nada (formação essa que só se obtém normalmente ao nível de um doutoramento e pós-graduações seguintes em Cosmologia). Os artigos podem por vezes ser encontrados no arXiv.org. (Naturalmente, os artigos estão todos escritos em inglês.)

      Cumprimentos,
      Marinho

      • Olá!

        Eu já li este livro e alguns outros também. Tanto sobre mecânica quântica, relatividade geral e teoria das cordas. Porém sempre acho que falta informação,já que (na minha opinião) são livros destinados ao público “leigo” assim por dizer.
        Eu estou cursando física justamente com o intuito de ter conhecimento sobre está e poder trabalhar-lha. Todavia, minhas buscas por mais detalhes sempre falham por não conseguir encontrar mais informação. Você disse em seu artigo que, quem tem interesse geralmente busca material para estudá-la, Você pode, se possível, recomendar algum?

        Ps: dizem que a matemática da teoria é muito complicada, bom, não tenho problema com a matemática (principalmente com cálculo).

        Agradeço.
        Marto

      • Olá Marto.

        Sim, de facto o livro que referi é de divulgação científica, ou seja, dirigido ao público leigo, como diz. (Como deve imaginar, eu não sabendo com quem estou a falar, recomendo primeiro essa abordagem.)

        Se está num curso de Física então já deverá ter alguma bagagem matemática, no entanto, ela é ainda provavelmente insuficiente para compreender devidamente esta teoria. Primeiro deverá certificar-se que compreende devidamente cálculo tensorial e geometria diferencial (para isto existem muitos livros). Sobre Mecânica Quântica e Relatividade Geral também existem muitos livros, pelo que recomendo-lhe primeiro a ler uns de nível introdutório (caso não os tenha lido já) e depois outros de nível avançado. (Fazer alguns dos exercícios propostos será importante, para ter a certeza que compreende.)

        Que eu saiba não existem livros técnicos sobre a Teoria das Cordas (ou se existirem são poucos) por uma razão simples: é uma teoria não aceite, é apenas uma proposta sem qualquer confirmação experimental, como disse nos artigos. Assim sendo, não faz sentido fazerem-se livros, porque um livro normalmente é uma sistematização de conhecimento adquirido e aceite. Resta então ler os artigos. Para isso, o melhor é encontrar um artigo recente, no arXiv, por exemplo, e ter em atenção, principalmente, as referências que apontem para artigos de revisão. A partir de um destes, será tudo mais fácil…

        De qualquer forma, se está num curso de Física, e se tem interesse sobre estes assuntos, o mais evidente seria falar com os professores de Cosmologia que tenha aí na sua universidade. Eles poderão recomendar melhor a literatura. Eu não estudo cosmologia, pelo que prefiro abster-me de apontar para livros ou artigos específicos, porque podem não ser os melhores. Caso não tenha aí ninguém em Cosmologia, poderá tentar falar com gente de outras universidades. Na minha universidade existe o seguinte grupo: http://gravitation.web.ua.pt/index.php?q=node/2
        Poderá tentar contactar alguns. Também encontrará na parte das publicações alguns artigos…

        Cumprimentos,
        Marinho

      • Desculpe, mas este é um site de ciência, e não de divulgação de disparates. Assim sendo, removi os links.

        Cumprimentos,
        Marinho

  4. Pingback: Índice de Artigos | Sophia of Nature

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