Há rumores de que Albert Einstein passou suas últimas horas de vida escrevendo algo em um pedaço de papel em uma última tentativa de formular uma teoria de tudo. Cerca de sessenta anos depois, outra figura lendária na física teórica, Stephen Hawking, pode ter falecido com pensamentos semelhantes. Nós sabemos que Hawking pensou que algo chamado de “Teoria-M” é a nossa melhor opção para uma teoria completa do universo. Mas por quê?
Desde a formulação da teoria da relatividade geral de Einstein em 1915, todo físico teórico tem sonhado em reconciliar nossa compreensão do mundo infinitamente pequeno de átomos e partículas com a da escala infinitamente grande do cosmos. Embora o último seja efetivamente descrito pelas equações de Einstein, o primeiro é predito com uma precisão extraordinária pelo chamado Modelo Padrão de interações fundamentais.
Nosso entendimento atual é que a interação entre objetos físicos é descrita por quatro forças fundamentais. Duas delas — gravidade e eletromagnetismo — são relevantes para nós em um nível macroscópico, lidamos com elas em nossa vida cotidiana. As outras duas, denominadas interações fortes e fracas, atuam em uma escala muito pequena e tornam-se relevantes apenas quando se trata de processos subatômicos.
O modelo padrão de interações fundamentais fornece uma estrutura unificada para três dessas forças, mas a gravidade não pode ser consistentemente incluída nesta organização. Apesar da descrição precisa de fenômenos de grande escala, como a órbita de um planeta ou a dinâmica de galáxias, a relatividade geral de Einstein se desfaz em escalas muito pequenas. De acordo com o modelo padrão, todas as forças são mediadas por partículas específicas. Para a gravidade, uma partícula chamada gráviton faz esse trabalho. Mas ao tentar calcular como esses grávitons interagem, aparecem infinitos sem sentido.
Corda revolucionária
Para entender a ideia básica da Teoria-M é preciso voltar para a década de 1970, quando os cientistas perceberam que, ao invés de descrever o universo com base em partículas como pontos, você poderia descrevê-lo em termos de pequenas cordas oscilantes (filamentos de energia). Esta nova maneira de pensar sobre os constituintes fundamentais da natureza acabou por resolver muitos problemas teóricos. Acima de tudo, uma oscilação particular da corda pode ser interpretada como um gráviton. E, ao contrário da teoria padrão da gravidade, a teoria das cordas pode descrever suas interações matematicamente sem ter infinitos estranhos. Assim, a gravidade foi finalmente incluída em uma estrutura unificada.
Após essa emocionante descoberta, os físicos teóricos dedicaram muito esforço para entender as consequências dessa ideia decisiva. No entanto, como muitas vezes acontece com a pesquisa científica, a história da teoria das cordas é caracterizada por altos e baixos. Em primeiro lugar, as pessoas ficaram intrigadas porque previam a existência de uma partícula que viaja mais rápido do que a velocidade da luz, denominada “táquion”. Esta previsão contrastava com todas as observações experimentais e coloca sérias dúvidas sobre a teoria das cordas.
No entanto, esta questão foi resolvida no início dos anos 80 pela introdução de algo chamado “supersimetria” na teoria das cordas. Essa hipótese prediz que cada partícula tem um superparceiro e, por uma coincidência extraordinária, essa mesma condição efetivamente elimina o táquion. Este primeiro sucesso é comumente conhecido como “a primeira revolução das cordas”.
Outra característica impressionante é que a teoria das cordas exige a existência de dez dimensões do espaço-tempo. Atualmente, só conhecemos quatro: profundidade, altura, largura e tempo. Embora possa parecer que onze dimensões sejam um obstáculo importante, várias soluções foram propostas e, hoje em dia, isso é considerado uma característica notável, e não um problema.
Isso pode parecer estranho, mas muitos físicos teóricos estão considerando essa abordagem. Se você não está convencido, você pode tentar ler o romance “Planolândia: um romance de muitas dimensões” de Edwin Abbott, no qual os personagens são obrigados a viver em duas dimensões espaciais e não conseguem perceber que há uma terceira.
Teoria-M
Mas havia uma questão restante que estava incomodando teóricos das cordas naquela época. Uma classificação minuciosa mostrou a existência de cinco teorias das cordas consistentes diferentes, e não ficou claro por que a natureza escolheria uma das cinco.
Foi quando a Teoria-M entrou no jogo. Durante a segunda revolução das cordas, em 1995, os físicos propuseram que as cinco teorias consistentes de cordas sejam, na verdade, apenas faces diferentes de uma teoria única que vive em onze dimensões do espaço-tempo e é conhecida como Teoria-M. Ela inclui cada uma das teorias de cordas em diferentes contextos físicos, mas ainda é válida para todos elas. Esta imagem extremamente fascinante levou a maioria dos físicos teóricos a pensar na teoria M como a teoria de tudo — ela é matematicamente mais consistente do que outras teorias candidatas à teoria de tudo.
No entanto, até agora, a Teoria-M tem lutado para produzir previsões que possam ser testadas por experimentos. A supersimetria atualmente está sendo testada no Grande Colisor de Hádrons, o LHC (sigla para Large Hadron Collider). Caso os cientistas encontrarem evidências dos parceiros supersimétricos veríamos um fortalecimento da Teoria-M. Mas continua a ser um desafio para os físicos teóricos atuais produzir previsões testáveis e é igualmente desafiador para os físicos experimentais estabelecer experiências capaz de testar tais previsões.teA maioria dos grandes físicos e cosmólogos são impulsionados por uma paixão por encontrar aquela descrição bela e simples do mundo que possa explicar tudo. E, apesar de ainda não terem conseguido chegar a ela, não teremos nenhuma chance sem as mentes afiadas e criativas de pessoas como Hawking.
Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.
