Esses conceitos serão comprovados por uma teoria de tudo?
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| Imagem: Jeiriel/DeviantArt |
Um tempo atrás, astrônomos brindaram uns aos outros com taças de champanhe em laboratórios de todo o mundo, saboreando sua última descoberta. O Telescópio Espacial Hubble de US$ 2 bilhões consertado, que já foi motivo de chacota para a comunidade científica, capturou seu prêmio mais indescritível: um buraco negro. Mas a descoberta do Santo Graal da astrofísica também pode reacender um longo debate na comunidade da física. O que existe do outro lado de um buraco negro? Se alguém tolamente cair em um buraco negro, será esmagado por sua imensa gravidade, como a maioria dos físicos acredita, ou será lançado em um universo paralelo ou emergirá em outra era? Para resolver essa questão complexa, os físicos estão abrindo um dos capítulos mais bizarros e tentadores da física moderna. Eles têm que navegar em um campo minado de teorias potencialmente explosivas, como a possibilidade de “buracos de minhoca”, “buracos brancos”, máquinas do tempo e até a 10ª dimensão! Essa controvérsia pode muito bem validar a observação irônica de JBS Haldane de que o universo é “não apenas mais estranho do que supomos, mas também mais estranho do que podemos supor”. Essa deliciosa controvérsia, que encanta os físicos teóricos, mas confunde a mente de meros mortais, é o tema de meu livro recente, Hiperespaço.
Buracos negros: estrelas colapsadas
Um buraco negro, simplesmente, é uma estrela massiva e morta cuja gravidade é tão intensa que nem mesmo a luz consegue escapar, daí seu nome. Por definição, não pode ser visto, então os cientistas da NASA se concentraram no minúsculo núcleo da galáxia M87, um supermassivo “motor cósmico” a 50 milhões de anos-luz da Terra. Os astrônomos então mostraram que o núcleo de M87 consistia em um redemoinho feroz e rodopiante de gás hidrogênio superquente girando a 1,2 milhão de milhas por hora. Para evitar que esse disco giratório de gás se separasse violentamente em todas as direções, deveria haver uma massa colossal concentrada em seu centro, pesando de 2 a 3 bilhões de sóis! Um objeto com essa massa impressionante seria grande o suficiente para impedir que a luz escapasse. Logo, um buraco negro.
A Ponte Einstein-Rosen
Mas isso também revive uma controvérsia em andamento em torno dos buracos negros. A melhor descrição de um buraco negro giratório foi dada em 1963 pelo matemático neozelandês Roy Kerr, usando as equações de gravidade de Einstein. Mas há um recurso peculiar em sua solução. Ele prevê que, se alguém cair em um buraco negro, pode ser sugado por um túnel (chamado de “ponte Einstein-Rosen”) e lançado em um “buraco branco” em um universo paralelo! Kerr mostrou que um buraco negro em rotação entraria em colapso não em um ponto, mas em um “anel de fogo”. Como o anel estava girando rapidamente, as forças centrífugas o impediriam de entrar em colapso. Notavelmente, uma sonda espacial disparada diretamente através do anel não seria esmagada no esquecimento, mas poderia realmente emergir intacta do outro lado da ponte Einstein-Rosen, em um universo paralelo.
Através do espelho
A maneira mais simples de visualizar um buraco de minhoca de Kerr é pensar no Espelho de Alice. Qualquer pessoa que passasse pelo Espelho seria transportada instantaneamente para o País das Maravilhas, um mundo onde os animais falavam por enigmas e o bom senso não era tão comum.
A borda do Espelho corresponde ao anel de Kerr. Qualquer um que ande pelo anel de Kerr pode ser transportado para o outro lado do universo ou até mesmo para o passado. Como dois gêmeos siameses unidos pelo quadril, agora temos dois universos unidos por meio do Espelho. Alguns físicos se perguntam se os buracos negros ou buracos de minhoca podem algum dia ser usados como atalhos para outro setor de nosso universo, ou mesmo como uma máquina do tempo para o passado distante (tornando possível as façanhas fanfarronas em Guerra nas Estrelas). No entanto, advertimos que existem céticos.
Os críticos admitem que centenas de soluções de buracos de minhoca já foram encontradas para as equações de Einstein e, portanto, não podem ser descartadas levianamente como delírios de viciados em crack. Mas eles apontam que os buracos de minhoca podem ser instáveis, ou que intensa radiação e forças subatômicas ao redor da entrada do buraco de minhoca matariam qualquer um que ousasse entrar. Debates espirituosos surgiram entre os físicos sobre esses buracos de minhoca. Infelizmente, essa controvérsia não pode ser resolvida, porque as equações de Einstein falham no centro de buracos negros ou buracos de minhoca, onde a radiação e as forças subatômicas podem ser ferozes o suficiente para derrubar a entrada.
O problema é que a teoria de Einstein só funciona para a gravidade, não para as forças quânticas que governam a radiação e as partículas subatômicas. O que é necessário é uma teoria que abranja simultaneamente a teoria quântica da radiação e da gravidade. Em uma palavra, para resolver o problema dos buracos negros quânticos, precisamos de uma “teoria de tudo!” Debates espirituosos surgiram entre os físicos sobre esses buracos de minhoca. Infelizmente, essa controvérsia não pode ser resolvida, porque as equações de Einstein falham no centro de buracos negros ou buracos de minhoca, onde a radiação e as forças subatômicas podem ser ferozes o suficiente para derrubar a entrada.
Uma teoria de tudo?
Uma das maiores conquistas da ciência do século 20 é que todas as leis da física, em um nível fundamental, podem ser resumidas por apenas dois formalismos: (1) a teoria da gravidade de Einstein, que nos dá uma descrição cósmica do muito grande, ou seja, galáxias, buracos negros e o Big Bang, e (2) a teoria quântica, que nos dá uma descrição microscópica do muito pequeno, ou seja, o microcosmo das partículas subatômicas e da radiação. Mas a suprema ironia, e certamente uma das piadas cósmicas da Natureza, é que eles parecem desconcertantemente diferentes; mesmo os maiores físicos do mundo, incluindo Einstein e Heisenberg, falharam em unificá-los em um.
As duas teorias usam diferentes matemáticas e diferentes princípios físicos para descrever o universo em seus respectivos domínios, o cósmico e o microscópico. Felizmente, agora temos um candidato para esta teoria. (Na verdade, é o único candidato. Dezenas de propostas rivais mostraram-se inconsistentes.) Chama-se “teoria das supercordas” e quase sem esforço une a gravidade com uma teoria da radiação, que é necessária para resolver o problema da radiação quântica. buracos de minhoca.
A teoria das supercordas pode explicar as misteriosas leis quânticas da física subatômica postulando que as partículas subatômicas são na verdade apenas ressonâncias ou vibrações de uma corda minúscula. As vibrações de uma corda de violino correspondem a notas musicais; da mesma forma, as vibrações de uma supercorda correspondem às partículas encontradas na natureza. O universo é então uma sinfonia de cordas vibrantes. Um bônus adicional é que, à medida que uma corda se move no tempo, ela distorce o tecido do espaço ao seu redor, produzindo buracos negros, buracos de minhoca, e outras soluções exóticas das equações de Einstein. Assim, de uma só vez, a teoria das supercordas une a teoria de Einstein e a física quântica em um quadro coerente e convincente.
Um universo de 10 dimensões
A característica curiosa das supercordas, no entanto, é que elas só podem vibrar em 10 dimensões. Esta é, aliás, uma das razões pelas quais pode unificar as forças conhecidas do universo: em 10 dimensões há “mais espaço” para acomodar tanto a teoria da gravidade de Einstein quanto a física subatômica. Em certo sentido, as tentativas anteriores de unificar as forças da natureza falharam porque uma teoria quadridimensional padrão é “muito pequena” para comprimir todas as forças em uma estrutura matemática. Para visualizar dimensões superiores, considere um jardim de chá japonês, onde as carpas passam a vida inteira nadando no fundo de um lago raso. As carpas têm apenas uma vaga consciência de um mundo além da superfície. Para um “cientista” carpa, o universo consiste apenas em duas dimensões, comprimento e largura. Não existe “altura”. Na verdade, eles são incapazes de imaginar uma terceira dimensão além da lagoa.
A palavra “para cima” não tem significado para eles. (Imagine a angústia deles se de repente os levantássemos de seu universo bidimensional para o “hiperespaço”, ou seja, nosso mundo!) No entanto, se chover, a superfície de seu lago ficará ondulada. Embora a terceira dimensão esteja além de sua compreensão, eles podem ver claramente as ondas que viajam na superfície da lagoa. Da mesma forma, embora nós, terráqueos, não possamos “ver” essas dimensões superiores, podemos ver suas ondulações quando vibram. De acordo com esta teoria, a “luz” nada mais é do que vibrações ondulando ao longo da 5ª dimensão.
Ao adicionar dimensões maiores, podemos facilmente acomodar mais e mais forças, incluindo as forças nucleares. Resumindo: quanto mais dimensões tivermos, mais forças podemos acomodar. Uma crítica persistente a essa teoria, no entanto, é que não vemos essas dimensões superiores no laboratório. Atualmente, todo evento no universo, desde o menor decaimento subatômico até a explosão de galáxias, pode ser descrito por 4 números (comprimento, largura, profundidade e tempo), não 10 números. Para responder a essa crítica, muitos físicos acreditam (mas ainda não podem provar) que o universo no instante do Big Bang era de fato totalmente 10 dimensional.
Somente após o instante da criação 6 das 10 dimensões “enrolaram-se” em uma bola muito pequena para ser observada. Em um sentido real, esta teoria é realmente uma teoria da criação, quando todo o poder do espaço-tempo de 10 dimensões se manifestou. pode ser descrito por 4 números (comprimento, largura, profundidade e tempo), não 10 números. Para responder a essa crítica, muitos físicos acreditam (mas ainda não podem provar) que o universo no instante do Big Bang era de fato totalmente 10 dimensional. Somente após o instante da criação 6 das 10 dimensões “enrolaram-se” em uma bola muito pequena para ser observada.
Em um sentido real, esta teoria é realmente uma teoria da criação, quando todo o poder do espaço-tempo de 10 dimensões se manifestou. pode ser descrito por 4 números (comprimento, largura, profundidade e tempo), não 10 números. Para responder a essa crítica, muitos físicos acreditam (mas ainda não podem provar) que o universo no instante do Big Bang era de fato totalmente 10 dimensional. Somente após o instante da criação 6 das 10 dimensões “enrolaram-se” em uma bola muito pequena para ser observada. Em um sentido real, esta teoria é realmente uma teoria da criação, quando todo o poder do espaço-tempo de 10 dimensões se manifestou.
Física do século 21
Não surpreendentemente, a matemática da supercorda de 10ª dimensão é incrivelmente bela, bem como brutalmente complexa, e enviou ondas de choque através da comunidade matemática. Áreas inteiramente novas da matemática foram abertas por essa teoria. Infelizmente, no momento ninguém é inteligente o suficiente para resolver o problema de um buraco negro quântico. Como afirmou Edward Witten, do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, “a teoria das cordas é a física do século 21 que caiu acidentalmente no século 20”. No entanto, a matemática do século 21 necessária para resolver buracos negros quânticos ainda não foi descoberta! No entanto, como as apostas são tão altas, isso não impediu que equipes de físicos empreendedores tentassem resolver a teoria das supercordas. Já, mais de 5.000 artigos foram escritos sobre o assunto. Como disse o Prêmio Nobel Steve Weinberg, “como alguém pode esperar que muitos dos jovens teóricos mais brilhantes não trabalhem nisso?” O progresso tem sido lento, mas constante.
No ano passado, um avanço significativo foi anunciado. Vários grupos de físicos anunciaram independentemente que a teoria das cordas pode resolver completamente o problema de um buraco negro quântico. (No entanto, o cálculo era tão terrivelmente difícil que só poderia ser realizado em duas, não em 10, dimensões.) Então é onde estamos hoje. Muitos físicos agora acham que é apenas uma questão de tempo até que algum físico empreendedor resolva completamente esse delicado problema. As equações, embora difíceis, são bem definidas. Então, até lá, ainda é um pouco prematuro comprar ingressos para o buraco de minhoca mais próximo para visitar a próxima galáxia ou caçar dinossauros!
Fonte: Mkaku
