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Qual é a essência do universo?

Para responder essa questão,

o homem criou histórias para descrever o mundo.

Nós testamos essas histórias e aprendemos o que deve ser mantido e o que deve ser desconsiderado.

Mas o quanto mais aprendemos, mais complicada e estranha a história fica.

Algumas chegam a tal ponto

que fica difícil entender sobre o que elas realmente tratam.

Como a Teoria das Cordas.

Uma teoria famosa e controversa geralmente mal compreendida

sobre a natureza de tudo.

Por que chegamos a Teoria das Cordas e ela está correta?

Ou é apenas uma ideia que devíamos levar em conta?

Para entender a essência da realidade em que vivemos,

olhamos para as coisas de perto e ficamos surpresos.

Paisagens maravilhosas na poeira.

Zoológicos de criaturas exóticas.

Robôs complexos de proteínas.

Todos feitos de estruturas moleculares,

compostas por coisas ainda menores: átomos.

Pensamos que eles eram a camada final da realidade,

até que colidíssemos átomos uns com outros

e descobríssemos coisas que não pudessem mais ser divididas: partículas elementares.

Mas agora tínhamos um problema:

elas são tão pequenas que não podemos mais as observar.

Pense a respeito.

O que é ver?

Para ver algo, precisamos de luz:

uma onda eletromagnética.

Essa onda atinge a superfície do objeto e é refletida para o seu olho.

A onda transporta informação do objetivo que é utilizada pelo seu cérebro para formar uma imagem.

Então você não pode ver algo sem de certa forma interagir com o objeto.

Ver é tocar.

Um processo ativo, não passivo.

Isso não é um problema para a maioria das coisas.

As partículas são muito, muito, muito pequenas.

Tão pequenas, que as ondas eletromagnéticas que usamos para ver

são muito grandes para tocá-las.

Luz visível passa por elas sem interagir.

Podemos tentar resolver esse problema

criando ondas eletromagnéticas com comprimento de onda cada vez menor.

Mas um menor comprimento de onda significa mais energia.

Então ao tocarmos um objeto com onda com muita energia,

alteramos o objeto.

Ao olharmos uma partículas, nós a alteramos.

Então não podemos medir partículas elementares de forma precisa.

Esse fato é tão importante,

que recebeu um nome:

Princípio da Incerteza de Heisenberg, a base de toda a física quântica.

Então como é um partícula se parece?

Qual a sua natureza?

Nós não sabemos.

Se olharmos com esforço,

podemos ver uma esfera de influência embaçada, mas não as partículas em si.

Apenas sabemos que elas existem.

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

Fizemos o que humanos fazem

e inventamos uma nova história: uma ficção matemática.

A história da partícula pontual.

Decidimos que fingiríamos que uma partícula é um ponto no espaço.

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

Todos indistinguíveis uns dos outros.

Dessa maneira, os físicos foram capazes de descrevê-los e calcular todas suas interações.

Isso é chamado de Teoria Quântico de Campo (QFT) e resolveu muitos problemas

Toda a física das partículas do modelo padrão é baseada nessa teoria

e ela prevê muitas coisas de maneira correta.

Algumas propriedades quânticas do elétron, por exemplo,

foram medidas e estão corretas em

Então embora partículas não sejam realmente pontos,

tratando as como se fossem

chegamos a resultados bem realistas.

Essa ideia não apenas permitiu avanços na ciência,

mas também levou a tecnologias que usamos diariamente.

Mas há um grande problema: gravidade.

Na mecânica quântica, todas as forças elementares são carregadas por certas partículas.

Mas de acordo com a Teoria Geral da Relatividade de Einstein,

a gravidade não é uma força igual às demais.

Se o universo é uma peça,

as partículas são os atores

mas a gravidade é o palco.

Em outras palavras, a gravidade é uma teoria da geometria.

A geometria do próprio espaço-tempo.

De distâncias que precisamos descrever com precisão absoluta.

Mas como não há maneira de medir coisas precisamente no mundo quântico,

nossa história da gravidade não funciona sem a história da física quântica.

Quando os físicos tentam adicionar a gravidade inventando uma nova partícula,

a matemática se torna problemática.

E esse é um grande problema.

Se pudéssemos casar a gravidade com a física quântica e o modelo padrão,

teríamos a teoria de tudo.

Então algumas pessoas bem inteligentes criaram uma nova história.

Eles se perguntaram: o que é mais complexo que é um ponto?

Uma linha.

Ou uma corda.

Nascia a Teoria das Cordas.

O que torna a Teoria das Cordas tão elegante

é descrever diferentes partículas elementares como modos de vibrações diferentes de uma corda.

Da mesma forma que a corda de um violino vibrando de formas diferentes

pode fornecer várias notas diferentes,

uma corda pode fornecer partículas diferentes.

O mais importante: isso inclui a gravidade.

A Teoria das Cordas promete unificar todas as forças fundamentais do universo.

Isso criou grande entusiasmo e animação,

a Teoria das Cordas logo se tornou uma candidata a Teoria do Tudo.

Infelizmente, a Teoria das Cordas nos deixa numa corda bamba.

Muito da matemática para uma Teoria das Cordas consistente

não funciona em nosso universo com suas três dimensões espaciais e uma temporal.

A Teoria das Cordas requer 10 dimensões para ser consistente.

Então os físicos teóricos fizeram cálculos em modelos de universos

e então tentaram se livrar da 6 dimensões extras e descrever nosso universo.

Mas até agora, nenhum modelo foi bem sucedido

e nenhuma previsão da Teoria das Cordas foi comprovada experimentalmente.

Portanto a Teoria das Cordas não revelou algo sobre a natureza do nosso universo.

Podia se argumentar que nesse caso, a Teoria das Cordas não é de nenhuma utilidade.

Ciência é feita de previsões e experimentos.

Se não pudermos fazer nenhum dos dois, por que se preocupar com cordas?

A questão é como a usamos.

Física é baseada em matemática, 2 mais 2 é igual a 4.

Isso é verdade não importa o que você sinta a respeito.

E a matemática na Teoria das Cordas funciona.

Por isso que a Teoria das Cordas ainda é útil.

Imagine que você quer construir um transatlântico,

mas apenas possui as plantas de um pequeno barco.

Há muitas diferenças: o motor, o material, o tamanho.

Mas ambas são fundamentalmente o mesmo:coisas que boiam.

Então ao estudar as plantas do pequeno barco,

você pode eventualmente aprender a construir um transatlântico.

Com a Teoria das Cordas, podemos tentar responder questões sobre a gravidade quântica

que vêm intrigando os físicos por décadas.

Por exemplo, como buracos negros funcionam ou o paradoxo da informação.

Teoria das Cordas pode nos indicar o caminho certo.

Quando usada dessa forma,

a Teoria das Cordas se torna uma peça importante para físicos teóricos

e os ajuda a descobrir novos aspectos do mundo quântico

e uma linda matemática.

Então talvez a história da Teoria das Cordas não seja a Teoria de Tudo,

mas da mesma forma da história da partícula pontual,

pode servir como uma história bem útil.

Ainda não sabemos qual a real natureza da realidade

mas continuaremos criando novas histórias para tentar descobrir

até que um dia, esperamos chegar lá.