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Transcrição

Qual é a verdadeira natureza do universo?

Para responder essa pergunta

humanos criam histórias para descrever o mundo

Nós testamos nossas histórias e aprendemos o que manter e o que jogar fora

Mas quanto mais aprendemos, mais complicado e estranho

nossas histórias passam a ser

Algumas delas tanto que

é muito difícil saber sobre o que elas são de verdade

Como a Teoria das Cordas, uma famosa, controversa

e muita das vezes mal interpretada história

sobre a natureza de tudo

Por que levantamos essa teoria e será que é correto

ou só uma ideia que devemos checar?

INTRO

Para entender a verdadeira natureza da realidade

nós olhamos para as coisas de perto e ficamos espantados

Paisagens maravilhosas na poeira , muitas criaturas bizarras

Complexos robôs de proteínas

Todos eles feitos a partir de estruturas moleculares

feitos de incontáveis coisas ainda menores: átomos

Nós pensamos que eles eram a camada final da realidade

Até que nós esmagamos coisas juntas com muita força

e descobrimos coisas que não podem ser divididas mais.

Partículas elementares

Mas agora, temos um problema: elas são tão pequenas

que não podemos mais vê-las

Pense sobre isso: o que está vendo?

Para ver alguma coisa

nos precisamos de luz, uma onda eletromagnética.

Essa onda bate em alguma superfície e é refletida de lá até dentro de seus olhos

A onda carrega informação que seu cérebro usa para criar uma imagem

Então você não pode ver nada sem alguma interação com a luz.

Ver é tocar

um processo ativo, não um processo passivo

Isso não é um problema para a maioria das coisas

Mas partículas são muito, muito, muito pequenas

Tão pequenas que as ondas eletromagnéticas, que usamos para ver

são muito grandes para tocar essas partículas.

Luz visível apenas passa por elas

Nós podemos tentar resolver isso criando

ondas eletromagnéticas com um comprimento de onda muito mais pequeno

Mas mais comprimento de onda significa mais energia

Então quando nós tocamos uma partícula com uma onda que tem um monte de energia

ela altera a partícula

Olhando para a partícula nos a mudamos.

Então, não conseguimos medir partículas elementares precisamente

Este fato é tão importante que tem uma nome:

O Princípio da incerteza de Heisenberg

A base de toda física quântica

Então, com o que uma partícula se parece,

qual é a sua natureza?

Nós não sabemos

Se olharmos com vontade, nos podemos ver uma esfera borrada pela interação

mas não a partícula em si.

Nos apenas sabemos que elas existem

Mas se esse é o caso, como podemos fazer alguma ciência com elas?

Nos fizemos o que humanos fazem e inventamos uma nova história:

uma ficção matemática

A história de uma partícula pontual

Nós decidimos que fingiríamos que uma partícula é um ponto no espaço.

Qualquer elétron é um ponto com uma certa carga elétrica e uma certa massa,

tudo indistinguível um dos outros

Desse jeito, físicos definiriam ela e calculariam

todas as suas interações.

Isso é chamado de Teoria Quântica de Campos e resolveu um monte de problemas

Todo modelo físico padrão de partículas é construído sobre ele

e prevê um monte de coisas muito bem

Algumas propriedades quânticas dos elétrons, por exemplo,

foram testadas e são precisas a

0,0000000000002%

Assim, ao passo que partículas não são realmente pontos,

mas tratando as como se fossem

nos conseguimos uma muita boa imagem do universo

Não apenas fizemos essa ideia avançar a ciência, como também

conduziu para um monte de tecnologias para o mundo real que usamos todo dia

Mas há um grande problema: gravidade

Em mecanismos quânticos, todas forças físicas

são suportadas por certas partículas

Mas de acordo com a Relatividade Geral de Einstein

gravidade não é uma força como as outras no universo.

se o universo é uma peça

partículas são os atores, mas a gravidade é o palco

Para simplificar, gravidade é uma teoria geométrica

A geometria do espaço-tempo em si

da distância que precisamos para descrever com precisão absoluta.

Mas como não há como medir precisamente coisas no mundo quântico

nossa história de gravidade não funciona

com nossa história de física quântica

Quando físicos tentaram adicionar gravidade à história

inventando uma nova partícula

suas matemáticas quebraram,

e isso é um problema.

Se casássemos a gravidade a física quântica e o modelo padrão

teríamos a Teoria de Tudo.

Assim, pessoas muito inteligentes vieram com uma nova história.

Elas perguntaram, o que é mais complexo que um ponto?

Uma linha ou uma corda.

A teoria das cordas nasceu.

O que faz da teoria das cordas tão elegante,

é que descreve muitas partículas elementares diferentes

como diferentes modos de uma corda vibrar

Como uma corda de violino vibrando de um jeito diferente pode-lhe dar muitas notas diferentes

uma corda pode lhe dar diferentes partículas

E o mais importante,

isso inclui a gravidade

A teoria das cordas promete unificar todas as forças fundamentais do universo

Isso causou um entusiasmo enorme

e expectativa exagerada.

A teoria das cordas formou rapidamente uma possível teoria de tudo.

Infelizmente, a teoria das cordas vem com muitos nós.

Muitas das contas envolvem uma teoria das cordas consistente

não funcionam com nosso universo tridimensional e uma dimensão temporal

A teoria das cordas precisa de 10 dimensões para funcionar.

Então teóricos dessa área fizeram cálculos em universos modelos

E então tentaram se livrar de seis dimensões adicionais

e descrever nosso próprio universo

Mas até agora, ninguém teve sucesso

e nenhuma previsão da teoria das cordas foi provada em um experimento

Então, a teoria das cordas não revelou a natureza de nosso universo

Pode-se argumentar que neste caso a teoria das cordas não é realmente útil para nada.

Ciência é sobre experimentos e previsões. Se não conseguimos fazer isso,

por que devemos nos preocupar com cordas?

É realmente sobre como nós usamos isso.

Física é baseada em matemática,

2 mais 2 é 4.

Isso é verdade não importa como você se sente sobre isso.

E as contas na teoria das cordas funcionam

É por isso que a teoria das cordas ainda é útil.

Imagine que você, quer construir um cruzeiro,

mas você só tem as plantas para um pequeno barco a remo.

Há bastantes diferenças: o motor, os materiais, a escala

Mas ambos fundamentalmente a mesma coisa:

coisas que flutuam

Assim, estudando a planta do barco a remo,

você ainda pode aprender algo sobre construir um cruzeiro eventualmente.

Com a teoria das cordas, nos podemos tentar responder alguma questão sobre gravidade quântica

que tem intrigado os físicos por décadas

como buracos negros ou o paradoxo da informação

Teoria das cordas pode nos apontar o caminho certo

Quando usada com este espírito,

a teoria das cordas se torna uma ferramenta preciosa para físicos teóricos,

e os ajuda a descobrir novos aspectos do mundo quântico,

e algumas belas contas.

Então, talvez a história da teoria das cordas não seja a teoria de tudo

Mas como a história da partícula pontual,

pode ser uma história extremamente útil

Não conhecemos a verdadeira natureza da realidade ainda

mas vamos continuar com histórias para tentar e até encontrar, um dia, esperançosamente

nos sabermos.

Este vídeo foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciência da Suíça

e realizado com conselhos científicos de Alessandro Swan Drainie