O Que é a Teoria Das Cordas? Explicação Para Iniciantes

Você já ouviu falar da teoria das cordas? Provavelmente sim. E não é por acaso. Esta teoria, considerada uma das mais ousadas da história da humanidade, representa a nossa maior tentativa de alcançar a tão sonhada teoria do tudo. Uma lei universal capaz de unificar todas as forças e leis que governam o universo. Consegue imaginar a grandiosidade disso? Talvez não, mas acredite, é algo absolutamente fascinante. A teoria das cordas, formulada nos anos 60 propõe uma ideia revolucionária. A essência mais fundamental do universo, aquilo que não pode ser dividido em partes menores, não seria composta por partículas pontuais, mas por cordas unidimensionais que vibram em um espaçotempo de 10 dimensões. Ficou confuso? Aposto que sim. Isso é completamente normal. Nosso objetivo no vídeo de hoje é simplificar o máximo possível essa teoria e tornar tudo mais compreensível. E para isso, precisamos começar entendendo o motivo de essa teoria ter sido criada. Afinal, ninguém sairia por aí sugerindo que a realidade é formada por cordas vibrantes em 10 dimensões, sem uma razão muito convincente. Então, por que isso foi necessário? Para responder a essa pergunta, precisamos voltar no tempo, mais precisamente a 1915. Naquele ano, Albert Einstein apresentava ao mundo sua revolucionária teoria da relatividade geral. O nome relatividade não é apenas uma escolha estilística, reflete uma verdade profunda. No universo, tudo é relativo, com exceção da velocidade da luz. A luz viaja sempre a cerca de 300.000 1000 km/s independentemente do referencial. Essa velocidade é constante e imutável. Já o espaço, o tempo e todas as outras leis físicas dependem do ponto de vista do observador. Compreendido isso? Ótimo. Se ainda não, tudo bem. O mais importante é saber que essa teoria trouxe uma compreensão sólida do funcionamento do universo e deixou os físicos bastante satisfeitos por décadas. Graças à relatividade, conseguimos descrever com precisão as forças que regem o cosmos. Da atração gravitacional entre galáxias à dilatação do tempo perto de um buraco negro, tudo parecia se encaixar perfeitamente. Empolgados, os cientistas decidiram dar um passo além. Agora que entendemos como o universo funciona, vamos descobrir do que ele é feito. Foi aí que o pesadelo começou. Tudo o que enxergamos ao nosso redor é composto por matéria bariônica. Essa matéria possui propriedades como massa, densidade, temperatura, energia e interage gravitacionalmente com outras massas. Além disso, a matéria segue uma organização hierárquica clara. O universo é formado por galáxias que são compostas por estrelas. Nossos corpos são formados por órgãos que são constituídos por tecidos que, por sua vez, são formados por células. Essas células são compostas por moléculas que são formadas por átomos. E, por fim, os átomos são feitos de partículas subatômicas. E aqui começa o verdadeiro enigma. Os átomos não são as menores estruturas do universo, sabemos disso. Eles são compostos por partículas subatômicas, como prótons, nêutrons e elétrons. Até o nível atômico, as previsões de Einstein, baseadas na relatividade geral se mantém sólidas e confiáveis. Mas quando descemos ao nível subatômico, tudo muda. De repente, as leis que governam o mundo que conhecemos deixam de fazer sentido. Ao ultrapassar os limites do átomo, entramos em um território completamente novo, o mundo quântico. E nesse cenário, as regras estabelecidas pela relatividade deixam de funcionar. Um átomo é incrivelmente pequeno. Para termos uma ideia, em apenas 1 mil poderiam caber cerca de 10 milhões deles. Agora vamos tentar imaginar isso. Se ampliássemos um átomo ao tamanho de um campo de futebol, as partículas subatômicas que o compõem seriam do tamanho de uma cabeça de alfinete. Nesse ponto, sabíamos que os átomos eram formados por algo, mas não fazíamos ideia do que exatamente seria esse algo. Foi aí que entrou a mecânica quântica, propondo a existência de partículas subatômicas. Segundo essa teoria, essas partículas, ao se combinarem de formas diferentes, dariam origem a estruturas mais complexas, possibilitando a explicação de todos os fenômenos físicos observados. Em outras palavras, tentava-se levar os princípios da relatividade de Einstein para o domínio do mundo quântico. Por que propor a existência dessas partículas? Porque até hoje não conseguimos vê-las diretamente. Detectamos sua presença por meio de experimentos, mas sua verdadeira natureza permanece misteriosa. Sabemos que existe algo além do átomo, mas não conseguimos decifrar exatamente o que é. Com base nessa ideia, desenvolvemos o modelo padrão da física de partículas. Esse modelo postulou a existência de entidades fundamentais, indivisíveis e tridimensionais, que seriam responsáveis por regeritiva do universo. A teoria relativista de campos quânticos buscava unir a relatividade geral de Einstein a essas entidades invisíveis, que, embora detectáveis, ainda escapavam ao nosso entendimento completo. Segundo a relatividade geral, existem quatro forças fundamentais que governam o universo. Se no nível mais básico da organização da matéria encontramos as partículas subatômicas, faz sentido pensar que essas forças fundamentais têm sua origem no mundo quântico. E de fato, o modelo padrão quase consegue explicar essas forças. Quase. E é justamente esse quase que se tornou o pesadelo dos físicos. As quatro forças fundamentais do universo são a força eletromagnética, a força nuclear fraca, a força nuclear forte e a gravidade. Vamos analisá-las em relação ao modelo padrão. A força eletromagnética se encaixa com o modelo de partículas subatômicas? Sim, perfeitamente. E a força nuclear fraca? Também. E a força nuclear forte? Iden. Por enquanto, três das quatro forças fundamentais se encaixam perfeitamente no modelo de partículas subatômicas. Mas e a gravidade? Ah, a gravidade, a gravidade simplesmente não se encaixa. Até hoje não encontramos uma partícula subatômica que possa ser associada à força gravitacional. Alguns teóricos sugerem a existência de uma partícula hipotética chamada Graviton, mas ela permanece apenas no campo das hipóteses, sem qualquer evidência. experimental concreta. A gravidade, essa força que faz com que corpos com massa se atraiam, desafia completamente o modelo padrão. E se a gravidade não pode ser descrita em termos de partículas subatômicas, isso pode indicar que essas partículas não são a base mais fundamental da realidade. Afinal, se fossem, a gravidade deveria se encaixar nesse modelo. Estávamos tão perto de unificar a relatividade geral de Einstein com o mundo quântico, mas a gravidade veio e estragou tudo, o que afinal transmite a gravidade entre galáxias separadas por milhões de anos luz. O que existe no espaço entre esses corpos? Por que as massas se atraem mutuamente? O mundo das partículas subatômicas não tem respostas para essas perguntas. Era hora de recomeçar do zero. Se conseguíssemos explicar a gravidade a partir de uma perspectiva quântica, finalmente teríamos unificado todas as leis do universo. E foi nesse contexto que surgiu a teoria das cordas. Ela representa nossa tentativa mais promissora de conectar dois mundos, o da relatividade geral e o da mecânica quântica. Embora ambos estejam em parte incompletos, é certo que precisam estar interligados de alguma forma. Talvez o ponto de união entre esses dois domínios seja justamente o conceito de cordas. A teoria das cordas propõe unificar todas as leis do universo ao sugerir que o nível mais básico da matéria não seria composto de partículas subatômicas elementares, como sempre pensamos, mas de cordas em vibração. Entendeu alguma coisa? Não. Perfeito. Vamos lá. Entre os anos de 1968 e 69, físicos que buscavam incluir a gravidade na física quântica propuseram uma ideia revolucionária, a de que a matéria, no seu nível mais fundamental, não era composta por partículas subatômicas. Em vez disso, essas partículas seriam formadas por cordas que vibram no espaço tempo. A forma como essas cordas vibram determinaria as diferentes partículas subatômicas que conhecemos no modelo padrão. O mais importante aqui é o seguinte. Estamos descartando a ideia de que as partículas subatômicas indivisíveis e tridimensionais são a base mais primitiva da realidade. Em seu lugar, adotamos a ideia de que as forças fundamentais do universo têm origem em cordas unidimensionais. Mas o que exatamente são cordas unidimensionais? Mais cedo ou tarde, eu teria que dizer que a teoria das cordas nos pede que façamos alguns atos de fé. O primeiro deles é que desde já você tem que deixar de pensar em nossas quatro dimensões convencionais. Já não bastam as três dimensões espaciais: altura, largura e profundidade, somadas à quarta dimensão, o tempo. As cordas que formariam a matéria são fios unidimensionais, o que significa que elas possuem comprimento, mas não t largura nem altura. Entendo que isso possa parecer difícil de imaginar. Afinal, nossos cérebros estão programados para pensar em três dimensões espaciais e no tempo como a quarta. Então, não se preocupe se parecer confuso. É completamente normal. Neste mundo quântico das cordas, as coisas operam em uma escala extraordinariamente pequena, quase inimaginável. E se as partículas subatômicas já são minúsculas, as cordas são ainda menores. Para ilustrar, um próton é parte do núcleo de um átomo tem menos de 2 milionés de milímetro de diâmetro. Um elétron ainda menor é cerca de 2000 vezes menor que um próton. Agora imagine uma dessas cordas. Elas seriam milhões de milhões de vezes menores que um elétron. Essas cordas hipotéticas seriam apenas 100 vezes maiores que o comprimento de plank. Mas o que é o comprimento de plank? Talvez você já tenha ouvido falar dele em contextos como buracos negros ou singularidades no espaçot-tempo, mas se não, vamos lá. O comprimento de Plank é a menor distância que pode existir entre dois pontos no universo. Estamos falando de algo na ordem de 10 elevado-35 cm. Para ter uma ideia, essa foi a escala do universo apenas um trilionésimo de trilionésimo de segundo após o Big Bang. E essas cordas seriam apenas 100 vezes maiores que isso. E aqui vem outra peculiaridade. As cordas não podem ser feitas de absolutamente nada. Se fossem compostas por algo, esse algo precisaria ser menor que o comprimento de Plank, o que é impossível segundo as leis conhecidas da física. Em outras palavras, as cordas seriam o elemento mais fundamental da realidade. Tudo seria composto por cordas, mas as cordas, por sua vez, não seriam compostas por nada. Mas o que ganhamos ao imaginar a matéria como fios unidimensionais em vibração em vez de partículas tridimensionais? muita coisa, principalmente no que diz respeito à compreensão da natureza quântica da gravidade. Abandonar a ideia de partículas subatômicas como pequenas esferas para adotarmos cordas vibrantes muda absolutamente tudo. Trabalhar com partículas subatômicas tradicionais levou os físicos a resultados matematicamente incoerentes. Já com a teoria das cordas, os cálculos finalmente começam a fazer sentido. E não é só isso. Estamos deixando para trás o conceito de centenas de partículas subatômicas que acreditávamos serem necessárias para explicar o universo e reduzindo tudo a um único elemento, a corda. Essa corda universal, dependendo de como vibra, se manifesta como diferentes partículas subatômicas. Os cálculos matemáticos não apenas funcionam, mas também simplificamos incrivelmente a descrição da natureza fundamental do universo. O que diferencia prótons de elétrons, quarques de bosons, gluons de neutrinos. Não é mais sua composição ou tamanho, mas a forma como suas cordas vibram. Tudo se resume ao padrão de vibração desses fios unidimensionais. Mas será que essa teoria realmente traz algo novo? A resposta é um sonoro sim. Matematicamente, a teoria das cordas permite a existência de cordas abertas, fios estendidos. Essas cordas abertas explicam as forças fundamentais, como o eletromagnetismo, a força nuclear fraca e a força nuclear forte. E isso é algo que o modelo padrão de partículas subatômicas já fazia. Mas aqui está o grande diferencial. Essas cordas também podem se fechar formando anéis. E essa possibilidade muda absolutamente tudo. A ideia de cordas fechadas é revolucionária, porque pela primeira vez conseguimos explicar a gravidade em termos quânticos. Esses anéis vibrantes de cordas unidimensionais dão à gravidade um encaixe no mundo quântico. Segundo a teoria, corpos com massa formados por cordas abertas poderiam dobrar essas cordas, transformá-las em anéis fechados e liberá-los no espaço. Esses anéis vibrantes viajariam pelo espaço-tempo, permitindo que a gravidade fosse transmitida de forma quântica. A teoria das cordas sugere que a atração gravitacional acontece porque corpos com massa liberam anéis de cordas que interagem entre si. Esses anéis oriundos de diferentes corpos celestes se conectam e criam uma rede de interação gravitacional. Dessa forma, tudo no universo, desde as galáxias e estrelas até a Terra, você e eu, estaria interligado por essas cordas invisíveis. Incrível, não acha? Temos, enfim, uma teoria que une a relatividade geral de Einstein à mecânica quântica, explicando a natureza fundamental da gravidade e das demais forças do universo. Mas sempre há um má. Para que as previsões matemáticas da teoria das cordas funcionem, precisamos assumir que o universo tem não apenas quatro dimensões, mas 10 ou até mais, dependendo da variação da teoria. E aqui é onde temos que fazer o segundo ato de fé. Nós, como simples seres humanos, somos limitados pelos nossos sentidos e conseguimos perceber e nos mover apenas por quatro dimensões, três espaciais e uma temporal. Mas e quanto às outras seis dimensões postuladas pela teoria? Não conseguimos entendê-las. E qualquer um que diga o contrário está no mínimo se equivocando. Tudo o que podemos fazer é imaginar que nossas quatro dimensões conhecidas estão enroladas ou sobrepostas às outras seis, formando um todo, que não conseguimos visualizar ou experimentar diretamente. Ainda confuso, isso é completamente normal. O ponto principal aqui é que, mesmo que não possamos acessar ou compreender essas dimensões extras, as cordas teorizadas pela teoria das cordas poderiam se deslocar por elas. E como nunca seremos capazes de confirmar ou refutar a existência dessas dimensões adicionais com os recursos que temos atualmente, a teoria das cordas permanece exatamente isso, uma teoria. Porém, ela ainda é a melhor explicação que temos para unir as leis do universo, nos aproximando não apenas da compreensão da natureza fundamental do cosmos, mas também de nós mesmos. Como mencionamos no início, essa é a teoria mais promissora que temos para alcançar a tão desejada teoria do tudo. Acreditar ou não é algo totalmente pessoal, uma escolha que cabe a você. Se você chegou até aqui sem o cérebro explodir, parabéns e muito obrigado. Espero que tenha gostado do vídeo e que, mesmo com toda a complexidade, tenha conseguido entender um pouco mais sobre essa fascinante, embora desafiadora teoria. E para continuar sua jornada de descobertas pelo universo, temos algo especial, o nosso guia definitivo do sistema solar, um e-book extraordinário que revela os segredos da nossa vizinhança cósmica, oferecendo uma experiência imersiva de aprendizado. Com explicações claras e acessíveis, combinadas com imagens impressionantes, ele proporciona uma compreensão aprofundada do nosso sistema solar, desde o imponente sol até os planetas mais distantes. e suas incríveis luas. Se você está apenas começando a explorar o mundo da astronomia, disponibilizamos também um ebook especialmente desenvolvido para iniciantes. Uma porta de entrada para desvendar o maravilhoso universo da exploração espacial. 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