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Para os principiantes, a teoria das cordas é, à primeira vista, uma ideia fascinante, mas altamente abstrata, que afirma que os blocos fundamentais do universo não são partículas pontuais, mas minúsculos fios oscilantes (cordas) com comprimento de Planck.
Teoria das cordas para principiantes: origem e ideia básica
A teoria das cordas surgiu no final da década de 1960 e início da década de 1970, inicialmente como uma tentativa de descrever de forma uniforme as muitas partículas elementares e forças da natureza, especialmente na área da interação forte.
- Cientistas perceberam que muitos fenómenos poderiam ser explicados por modelos se as partículas fossem consideradas não como pontos, mas como pequenas «cordas» unidimensionais.
- A teoria das cordas bosónicas foi uma das primeiras variantes e descreve apenas bosões, ou seja, partículas com spin inteiro, mas depara-se com problemas, por exemplo, a existência de estados taquiônicos (partículas com massa imaginária) e o facto de os férmions (partículas com spin meio) não serem incluídos.
- Mais tarde, a teoria foi desenvolvida para a teoria das supercordas, que inclui tanto bósons como férmions e aplica o princípio da supersimetria – ou seja, para cada bóson existe um parceiro férmionico. Este desenvolvimento foi importante para superar as fraquezas bosónicas.
Como funciona a teoria: Vibrações, dimensões e compactificação
A ideia básica é: toda a matéria e todas as interações consistem em cordas minúsculas e vibrantes.
- Diferentes tipos de vibrações dessas cordas produzem diferentes partículas com diferentes propriedades, como massa, carga ou spin – semelhante a uma corda de um instrumento musical, em que diferentes vibrações produzem diferentes sons. Uma corda pode ser aberta (com extremidades) ou fechada (em forma de anel) e, dependendo de como vibra, apresenta uma determinada propriedade de partícula.
- Para que esta teoria funcione de forma matematicamente consistente, ela precisa de mais do que as nossas quatro dimensões conhecidas (três espaciais e uma temporal). Na teoria das cordas bosónicas, são 26 dimensões, na teoria das supercordas, são 10 dimensões. As dimensões adicionais são postuladas de forma a serem «enroladas» ou compactadas numa escala microscópica – isto é, não as percebemos no nosso dia a dia porque são muito pequenas ou estão ocultas em estruturas topológicas especiais.
- Um modelo comum para isso são as chamadas variedades de Calabi-Yau, formas espaciais especiais que podem acomodar as seis dimensões espaciais adicionais da teoria das supercordas sem violar as leis físicas conhecidas.
Ambição e situação atual
O grande objetivo da teoria das cordas é unir a teoria quântica (que descreve o comportamento das partículas no microcosmo) e a teoria da relatividade geral (que trata da gravidade e do comportamento do espaço e do tempo no macrocosmo) num quadro uniforme.
- Até agora, estas duas teorias não são totalmente compatíveis, especialmente quando se consideram distâncias muito pequenas (escala de Planck) ou gravidade muito forte (por exemplo, buracos negros). A teoria das cordas poderia ser uma «fórmula universal» na qual ambas se unem.
- Existem diferentes variantes da teoria das supercordas, por exemplo, o tipo I, o tipo IIA, o tipo IIB, as teorias heteróticas (E₈×E₈ e SO(32)), que diferem no tipo de cordas (abertas/fechadas), no número de supersimetrias e nas propriedades.
- Atualmente, ainda não há nenhuma prova experimental que confirme inequivocamente a teoria das cordas. Até agora, não foram encontradas partículas parceiras supersimétricas, nem foram comprovadas dimensões adicionais de forma mensurável.
- Muitas das estruturas matemáticas, compactificações e seleção da variedade de Calabi-Yau são objeto de intensa investigação, mas os seus efeitos em fenómenos físicos observáveis ainda são hipotéticos.
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