Teoria das Cordas: um extraordinário concerto cósmico (artigo longo)

Imagine que você está sentado em um salão ouvindo uma orquestra tocar. Conforme o solista passa as mãos e os dedos ao longo do violino, ele produz diferentes notas. Cada nota produz um som e vibração diferente, criando uma combinação que forma uma determinada música. Este conceito pode ser aplicado a física quântica, mais especificamente para a teoria das cordas.

Violino

Mecânica quântica

Como você deve saber, tudo é feito de pequenas partículas. A matéria é feita de átomos, que por sua vez são feitos de três componentes básicos: elétrons, nêutrons e prótons. O elétron é fundamental, mas prótons e nêutrons são feitos de partículas ainda menores, conhecidas como quarks. Os quarks são, até onde sabemos, verdadeiramente fundamentais.

O que sabemos sobre a composição subatômica do universo é conhecido como o Modelo Padrão da Física de Partículas. Ele descreve os blocos de construção fundamentais, dos quais o mundo é feito, e as forças pelas quais estes blocos interagem. Há doze blocos básicos de construção. Seis deles são quarks, que são classificados como up, down, charm, strange, bottom e top (um próton, por exemplo, é feito de dois quarks up e um quark down). Os outros seis são léptons. Estes incluem o elétron e seus dois irmãos mais pesados, o múon e o tauon, bem como três neutrinos.

Dentro do universo há quatro forças fundamentais: gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca. Cada uma destas quatro forças é produzida pelas partículas que a carregam. O comportamento de todas estas partículas e as forças é descrito pelo modelo padrão, com uma notável exceção: a gravidade.

Teoria das Cordas

Nos últimos dez anos, a teoria das cordas surgiu como o candidato mais promissor para uma explicação quântica para a gravidade. Mas a teoria das cordas explica muito mais do que a gravidade em um nível molecular. A teoria das cordas é, essencialmente, a teoria do tudo.

A ideia por trás da teoria das cordas é que cada partícula fundamental no modelo padrão é composta de minúsculas cordas. Essas cordas se manifestam de diferentes maneiras para produzir as diferentes partículas que observamos. Por exemplo, se a corda ‘vibra’ de uma determinada maneira, ela irá produzir um fóton. Se ela vibra de outra maneira, irá formar um neutrino… assim por diante. Então, se a teoria das cordas estiver correta, todo o universo é feito de cordas. E para tornar tudo ainda mais complicado e incompreensível, a teoria das cordas trabalha em dez dimensões, juntamente com as quatro que podemos perceber (3 espaciais e uma temporal). Essas outras dimensões são minúsculas e imperceptíveis para os humanos, e são necessárias para o funcionamento das cordas.

Múltiplos universos

Agora as coisas ficam realmente interessantes. Como dissemos, cada corda pode oscilar em diferentes maneiras para formar partículas diferentes. Se você relacionar o que eu já disse com o violinista, você pode obter uma versão simplificada da teoria das cordas que é fácil de explicar e compreender. Assim como as diferentes notas em um violino, cada vibração diferente da corda é uma partícula fundamental diferente. E cada acorde diferente e harmonia dentro da música resulta em algo diferente. Por resultados diferentes, estamos falando sobre diferentes universos. Se a teoria das cordas estiver correta e cada vibração diferente da corda produzir um diferente ‘algo’, então deve haver centenas de bilhões de universos diferentes. Talvez até mais universos do que há estrelas no universo conhecido.

Assim como a orquestra e violinista estão tocando Beethoven, eles poderiam estar muito bem estar tocando uma música diferente, com diferentes notas e vibrações. Matematicamente, essa música diferente criaria diferentes partículas e forças diferentes da natureza… ou seja, um universo diferente. Então, assim como há um número infinito de possíveis músicas que uma orquestra pode tocar, então o nosso universo deve ser um dos milhares de milhões de outros universos.

Alguns universos são instáveis e voltam para onde vieram, um Big Crunch. Outros podem não produzir a gravidade, e nunca seriam capazes de produzir estrelas. Outros vão continuar produzindo estrelas, galáxias e planetas, assim como o nosso universo. [A vida é um acaso? Não, segundo a tese do Multiverso]

De acordo com Stephen Hawking, “não devemos ficar surpresos ao nos encontrar em um universo que é perfeito para nós.” Se a teoria das cordas estiver correta, pode existir um universo em que alguém, exatamente como você, decidiu não ir ver a orquestra tocar. Em algum universo, existe uma cópia exata de você, e por aí vai. 

Fonte: From Quarks to Quasars