O que é a Teoria das Cordas?

*Este texto foi escrito por um colunista do TecMundo; saiba mais no final.

Desde as primeiras décadas do século 20, com o desenvolvimento da Mecânica Quântica e da Teoria da Relatividade de Albert Einstein, a ideia da obtenção de uma teoria que explicasse todos os fenômenos físicos conhecidos no Universo tem povoado a mente dos cientistas.

Conhecida formal e informalmente como Teoria de Tudo, a origem de sua busca remonta à tentativa de unir os dois maiores pilares da Física Moderna, aqueles das menores e maiores coisas que existem. Ambos descrevem os fenômenos físicos em suas respectivas áreas de atuação com uma precisão surpreendente, mas tanto a mecânica quântica quanto a relatividade falham quando aplicadas aos assuntos um do outro.

Uma Teoria de Tudo combinaria a Teoria da Relatividade com a Mecânica Quântica.Fonte:  SLAC National Accelerator Laboratory 

Muitas ideias foram levantadas, algumas hipóteses foram testadas, mas até o momento nenhuma delas conseguiu explicar completamente tudo aquilo que percebemos fisicamente no Cosmos. Contudo, há um modelo particularmente interessante e atraente apontado pelos físicos teóricos como a melhor candidata: a Teoria das Cordas.

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Antes de tentar explicar o que é e quais são as principais características da Teoria das Cordas, é importante dizer que reduzir conceitos complexos a uma ideia apreensível em poucos parágrafos é uma tarefa delicada e requer discernimento por parte do leitor. O esforço, entretanto, é inteiramente válido! Vamos lá!

A Teoria das Cordas é o conjunto de suposições da física teórica que afirmam que a nossa realidade é composta por cordas vibrantes infinitesimais, muito menores que átomos ou até mesmo partículas subatômicas, como os elétrons e os quarks. Esse modelo descreve uma forma hipotética de como as forças que se manifestam significativamente em grandes escalas, como a gravidade, podem afetar as partículas que compõem a matéria ordinária.

Na Teoria das Cordas, as partículas pontuais são substituídas por cordas com diferentes modos de vibração.Fonte:  Ignatios Antoniacis 

Inicialmente proposta no início da década de 60, o desenvolvimento da teoria das cordas contou com a participação de muitos cientistas para o desenvolvimento da estrutura físico-matemática e tem sido, pelo menos nos últimos 35 anos, uma das ideias dominantes (e controversas) na física teórica de partículas, com mais artigos científicos surgindo dela do que a partir de qualquer outra abordagem.

O pontapé inicial da teoria das cordas é a suposição de que em vez de ser feito de partículas elementares, semelhantes a pontos sem dimensão, a matéria é composta por cordas unidimensionais que se dividiriam em cordas “abertas” (lineares) e cordas “fechadas” (em forma de laço), vibrando em diferentes frequências.

Essas diferentes frequências de vibração, juntamente com os diferentes comprimentos das cordas, seriam responsáveis por atribuir as características, digamos, de um fóton ou um elétron. Em outras palavras, uma corda dobrada e vibrando com uma frequência x poderia desempenhar o papel de um quark, enquanto uma outra corda vibrando com uma frequência y poderia desempenhar o papel de um neutrino e assim por diante, até contemplar um modo de vibração para cada partícula do Universo.

Diferentes frequências de vibração produzem diferentes partículas.Fonte:  Jeff Bryant/Wolfram Mathematica 

Embora a compreensão dos detalhes da teoria das cordas requerem uma bagagem considerável de física e matemática, alguns aspectos deste modelo podem ser apreendidos de forma intuitiva: por exemplo, analogamente à corda de um violão, uma corda infinitesimal possui uma tensão que está relacionada ao seu tamanho. Este é um parâmetro fundamental para a teoria.

Uma característica particularmente curiosa da teoria das cordas é o fato de que ela prediz o número de dimensões que o Universo deve possuir. Versões atuais da teoria das cordas (sim, existem mais de uma) exigem 10 dimensões no total, enquanto uma versão alternativa ainda mais hipotética, conhecida como teoria-M, requer 11.

Entretanto, muito longe de ser estabelecida como um paradigma científico da nossa realidade, a teoria das cordas enfrenta uma série de problemas: nenhuma das previsões do que deveria ser potencialmente observado em nosso Universo (como, por exemplo, a supersimetria, as dimensões extras, novas partículas, novos decaimentos etc.) foi confirmada e algumas parecem um sonho impossível, o que torna a teoria das cordas um alvo fácil de fortes críticas.

Representação artística da teoria das cordas.Fonte:  Victor de Schwanberg/Alamy 

Em suma, toda observação que fazemos do Universo parece ser consistente com o seguinte resultado: nenhuma teoria das cordas explica a realidade. Isso não significa, contudo, que ela não possa ser verdade, pelo menos em algum aspecto. Talvez simplesmente ainda não existam maneiras inteligentes de detectar um efeito observável da teoria e que nos leve a uma nova compreensão do Cosmos.

Seja como for, trabalhos na teoria das cordas têm possibilitado avanços significativos no nosso conhecimento, sobretudo na matemática, nas áreas de geometria algébrica. Isso por si só é bastante notável. Se ela representa um aspecto real do nosso Universo ou não, estará escrito nos próximos capítulos da nossa história.

Nícolas Oliveira, colunista do TecMundo, é licenciado em Física e mestre em Astrofísica. É professor e atualmente faz doutorado no Observatório Nacional, trabalhando com aglomerados de galáxias. Tem experiência com Ensino de Física e Astronomia e com pesquisa em Astrofísica Extragaláctica e Cosmologia. Atua como divulgador e comunicador científico, buscando a popularização e a democratização da ciência. Nícolas está presente nas redes sociais como @nicooliveira_.