Poderia a gravidade can�nica tridimensional ser constante no infinito? O que significa exatamente o fato dos buracos negros possu�rem massa nula? Ali�s, eles n�o possuem nada, nem mesmo energia ou momento. Essas quest�es poderiam ser discutidas indefinidamente. Por�m, um sentimento suprimido de excita��o preenche o ambiente cient�fico. A Teoria do Todo (Theory of Everything - TOE), acreditam os te�ricos, est� come�ando a mostrar suas facetas.Quando finalmente decifrada, acredita-se, a Teoria do Todo ser� simples o suficiente para ser escrita na forma de uma equa��o facilmente sol�vel. A resposta descrever� um universo que ser� inegavelmente o nosso, com quarks, el�trons e as outras part�culas que comp�em cadeiras, p�ssaros e estrelas; com gravidade, for�as nucleares e eletromagnetismo para manter tudo junto; at� mesmo com o big bang de onde tudo se originou. O maior paradigma da ci�ncia - incluindo a mec�nica qu�ntica e a teoria da relatividade geral de Einstein - revelar-se-� extremamente integrado. Os conceitos cient�ficos como os conhecemos hoje ser�o completamente alterados com o passar dos anos.
Grandes expectativas foram levantadas tamb�m h� uma d�cada, quando argumentou-se a possibilidade da "teoria das cordas" ser tomada como TOE. Os f�sicos basearam sua teoria na premissa de que o objeto mais elementar do universo � uma corda inimaginavelmente fina (imagine uma corda de viol�o, com di�metro muito menor que o de um fio de cabelo). As varia��es nas vibra��es dessas cordas permitiriam a exist�ncia das part�culas e for�as no universo. Esses segmentos de cordas teriam aproximadamente 10-33 cent�metros de comprimento e vibrariam de muitas formas diferentes. Cada freq��ncia de vibra��o teria uma energia fixa e pelas leis da mec�nica qu�ntica poderia ser tratada como uma part�cula. Mas a teoria das cordas logo esbarrou numa barreira matem�tica; ela necessitava de cinco teorias n�o complementares. Pior, as teorias possu�am milhares de solu��es, muitas delas n�o se assemelhando em nada com nosso universo.
Uma nova simetria peculiar, chamada de "dualista", est� fazendo com que todas as cordas diferentes se conectem. De fato, esta teoria est� refazendo o conceito que at� ent�o se tinha de part�cula fundamental. Alguns cientistas acreditam que esta teoria n�o apenas levar� � TOE mas tamb�m iluminar� o universo como o vemos hoje, esclarecendo por completo as lacunas da mec�nica qu�ntica; outros criticam a teoria dizendo que sua matem�tica � t�o complexa que excedeu ao conhecimento da maioria dos f�sicos e matem�ticos de hoje.
Ao mesmo tempo, o mundo, de acordo com essa teoria, torna-se cada vez mais bizarro. As cordas mudam rapidamente para buracos negros, e vice-versa; novas dimens�es surgem com realidades diferentes; e n�o apenas cordas mas bolhas e outras membranas ditam os caminhos do universo. A diversidade de links, acreditam os cientistas, levam para uma entidade cada vez mais profunda - presumivelmente a TOE - que explicar� tudo.
A palavra "dual" - que rapidamente substituiu "super", mais comumente usada na teoria das part�culas - tem muitos significados diferentes para os f�sicos. De maneira geral, duas teorias s�o ditas como duais se forem aparentemente diferentes, mas possu�rem os mesmo preceitos f�sicos.Mais especificamente, a dualidade pode converter componentes elementares em complexos: como uma part�cula ou outra entidade � fundamentalmente irredut�vel ou � feita de outras part�culas fundamentais depende do ponto de vista. Ambas as perspectivas produzem os mesmo resultados f�sicos.
Os primeiros sinais de dualidade apareceram quando os f�sicos trabalhavam nas teorias do campo qu�ntico, que descrevem part�culas como ondas qu�ntico-mec�nicas espalhadas no espa�o-tempo. Na teoria do campo qu�ntico cromodin�mico (CQD - Quantum Chromodynamics), os quarks s�o part�culas elementares que possuem um tipo de carga semelhante � el�trica, chamada de "cor". A "cor" faz com que um quark atraia outro muito fortemente, juntando-se em duplas e trios para formar part�culas maiores como os pr�tons.
Assim como na teoria convencional n�o existem part�culas com carga magn�tica, n�o existiriam part�culas com carga magn�tica de "cor". Mas em 1974 cientistas russos e su��os descreveram um mecanismo pelo qual os campos que comp�e os quarks podem ser formados por part�culas, tratadas como pequenas esferas, dotadas de carga magn�tica de "cor". Estas estruturas - que os f�sicos estudam como esferas seguidas com setas representando vetores - s�o genericamente chamadas de solitons e tratadas como part�culas. Assim, uma teoria dos quarks com cargas de "cor" talvez implique na exist�ncia de solitons com cargas magn�ticas de "cor", conhecidos como monop�los. Os monop�los podem ser compostos de part�culas, derivadas dos campos mais elementares que os pr�prios quarks.
Em 1977, cientistas trabalhando em G�nova especularam que as teorias de campo envolvendo "cores" talvez fossem dual�sticas. Isto �, ao inv�s dos quarks serem part�culas elementares e compostos de monop�los, talvez pudesse se pensar nos monop�los como sendo elementares. Assim, poder-se-ia elaborar uma teoria de intera��o entre monop�los, argumentando que estes d�o origem aos solitons que formam os quarks. Tanto a aproxima��o dos quarks como a dos monop�los devem produzir os mesmos resultados f�sicos.
Muitos te�ricos s�o c�ticos. Mesmo que a dualidade exista, ela pode ser imposs�vel de ser estabelecida: os c�lculos matem�ticos da QCD s�o extremamente dif�ceis, e talvez seja necess�rio calcular dois est�gios para compara��o. Na f�sica, � muito raro conseguir calcular algo exato. Em fevereiro de 1994, entretanto, cientistas indianos mostraram predi��es de dualidade que podiam ser perfeitamente testados - e estavam corretos.
Enquanto isso, F. Seiberg estava desenvolvendo um algoritmo fundamental para o estudo da QCD. Seu trabalho foi baseado na supersimetria. Supersimetria � a id�ia de que para cada tipo de part�cula constituinte da mat�ria, deve haver uma part�cula relacionada que transmite for�a, e vice-versa. A simetria ainda n�o foi encontrada na natureza, mas os te�ricos freq�entemente evocam seus poderes.
Seiberg foi capaz de mostrar, usando a supersimetria para explicar a intera��o entre as part�culas, como alguns c�lculos imposs�veis na QCD podiam ser resolvidos. Ele demonstrou que as v�rias vers�es da QCD que incluem a supersimetria s�o dual�sticas.
Houve um imediato benef�cio. A QCD � dif�cil de calcular porque os quarks interagem fortemente. Mas os monop�los interagem fracamente, e os c�lculos com eles s�o f�ceis. A dualidade pode permitir aos te�ricos a lidar com os monop�los - e automaticamente conhecer todas as respostas da QCD. Com esta teoria, foi poss�vel calcular com grande detalhamento porque os quarks livres nunca foram observados na natureza.
Claro, a validade de todo esse trabalho depende do pressuposto de que a supersimetria existe. Ainda, os cientistas acreditam que a dualidade vai continuar a existir mesmo na aus�ncia da supersimetria. Assim, os resultados qualitativos seriam verdadeiros mesmo que os quantitativos dependessem da supersimetria.
A dualidade �, entretanto, muito mais que uma ferramenta de c�lculo: � uma nova forma de se olhar para o mundo. Algo para pensar em como os componentes tornam-se fundamentais, e vice-versa. Mesmo que essa teoria n�o seja capaz de resistir � especula��o de que talvez os quarks sejam solitons, a dualidade entre algumas outras part�culas realmente elementares que sejam at� menores pode da� surgir.
O conceito de dualidade talvez tenha crescido fora do campo das teorias de cordas, mas a dualidade � a� muito mais natural. E tamb�m mais vers�til. A dualidade pode unir cordas de diferentes tipos, existindo em dimens�es diferentes e em espa�os-tempos de diferentes formas. Todos esses fatores permitiriam que a teoria das cordas superasse suas limita��es e atingisse o status de uma TOE.No in�cio de sua evolu��o, o conceito das cordas falhou como teoria unificada devido aos muitos tipos de cordas que foram postulados, bem como � multiplicidade de respostas que forneciam. Essa plenitude teve sua origem em outra peculiaridade da teoria das cordas - ela � consistente apenas se estas cordas habitarem originalmente um espa�o-tempo decadimensional. O mundo real, � claro, tem quatro dimens�es, tr�s no espa�o e uma no tempo. Admite-se que as seis dimens�es extra assumem formas espiraladas t�o finas que passam indetectadas por objetos grandes como seres humanos - ou mesmo quarks.
Infelizmente para os te�ricos das cordas, as seis dimens�es extra podem se alternar de muitas maneiras diferentes. Dezenas de milhares � a estimativa oficial. Cada um desses espa�os fornece uma solu��o diferente para a teoria, com sua pr�pria foto do mundo quadridimensional - n�o exatamente o que se espera de uma TOE.
Um tipo de dualidade chamado de sistema de espelhos encontrado no final dos anos oitenta ajudou a resolver esse problema pela utiliza��o de algumas solu��es alternativas. A simetria de espelho revelou que cordas em dois espa�os espiralados diferentes produzem as mesmas part�culas. Por exemplo, se uma dimens�o se tornar muito pequena, uma corda enrolada ao redor dessa dimens�o talvez crie as mesmas part�culas que uma corda se movendo ao redor de um espa�o grande.
O tamanho da dimens�o espiralada � muito similar, na teoria das cordas, a outro par�metro: a for�a com que as part�culas interagem. Como os espa�os grandes podem possuir a mesma f�sica dos pequenos, talvez as teorias das cordas com intera��es fortes possam produzir os mesmos resultados de outras tendo intera��es fracas.
Essa conjectura relaciona as teorias das cordas do mesmo modo que a dualidade o fez com a teoria do campo. Al�m disso, as cordas parecem-se com part�culas, ent�o a dualidade nessas teorias implica em dualidade na teoria do campo, e vice versa.
A dualidade est� emergindo tamb�m de um campo completamente diferente: a supergravidade. Essa teoria unificada foi uma tentativa de atar supersimetria � teoria de gravita��o de Einstein. Em contraste, a teoria das cordas tentou modificar a teoria das part�culas para incluir gravita��o.
Em abril de 1995, emergiu uma conec��o entre a teoria de cordas e os buracos negros - que prometia resolver a segunda maior falha na teoria. Os buracos negros ajudariam a juntar talvez milhares de solu��es da teoria das cordas em um �nico sistema complexo. Essa conec��o torna o problema de encontrar a solu��o correta - que descreve o universo - muito mais simples.Assim, os buracos negros est�o �s margens da teoria das cordas da� em diante. Se uma quantidade muito grande de massa se acumular em um �nico lugar, ela colapsa sob sua pr�pria gravidade para criar um buraco negro. Mas como foi argumentado pela comunidade cient�fica, um buraco negro - que normalmente absorve tudo, inclusive a luz - poderia tamb�m emitir part�culas, lentamente perdendo massa. Se a massa original for constitu�da de supercordas, o decaimento pode produzir por final um objeto com zero de di�metro - um buraco negro "extremo", parecendo, de fato, muito mais com uma part�cula. De fato, buracos negros extremos s�o simples campos de cordas, antes conhecidos como solitons.
O Dr. Strominger, da Universidade da Pensilv�nya estava investigando como os buracos negros extremos se comportam quando uma dimens�o no espa�o-tempo entra numa espiral de di�metro muito pequeno. Imagine um parafuso infinitamente longo, girando em seu pr�prio eixo e mantendo as pontas juntas, de maneira semelhante a uma rosquinha. Nesse sentido, as duas dimens�es da superf�cie do parafuso podem se encontrar, criando um espa�o muito menor (que continua n�o possuindo fronteiras). Agora suponha que a rosquinha fique muito fina em um ponto. Com essa imagem pict�rica, Strominger descobriu que alguns buracos negros perdiam massa. Ele decidiu incluir estes objetos em seus c�lculos, como ondas qu�ntico-mec�nicas.
Dois fatos miraculosos ocorreram. Os primeiros c�lculos na teoria das supercordas sempre falharam quando o espa�o ficava t�o fino quanto uma linha, mas a mec�nica-qu�ntica dos buracos negros fez com que os matem�ticos conseguissem trabalhar de maneira satisfat�ria mesmo nesse caso extremo. Em termos de f�sica cl�ssica, um el�tron � infinitesimal comparado a um pr�ton. Apenas quando se utiliza a mec�nica-qu�ntica pode se ver que o el�tron descreve uma �rbita. Outra conseq��ncia foi o aparecimento de um grande n�mero de buracos negros sem massa.
Essa fase de transi��o espelhou uma mudan�a na rosquinha. Ela abriu na marte mais fina - de maneira t�o violenta que os f�sicos e matem�ticos n�o conseguem determin�-la - e remoldou-se em uma esfera, como uma forma alternativa de colocar uma folha bidimensional em espiral.
Com os espa�os internos assim correlacionados, as cordas podem encontrar um deles que seja especial, movimentando-se ao seu redor. Assim como a �gua congela no �rtico e vaporiza no Sahara, as cordas podem encontrar a melhor configura��o para se desenvolver. Encontrar a solu��o correta torna-se assim um problema din�mico.
Em algum lugar no universo, deve haver um ponto onde as cordas encontraram um espa�o interno diferente. Ao entrar neste ponto, os buracos negros transformariam-se em cordas, e estas em buracos negros. Em nossa vizinhan�a imediata, esses pontos devem aparecer como universos virtuais, que existem por fra��es de tempo microsc�picas e morrem antes de tornarem-se evidentes.
A despeito destes v�os te�ricos, os f�sicos voltaram � Terra a tempo de compreender que a Teoria do Todo ainda est� muito distante. Mesmo os mais otimistas acreditam que o pleno entendimento da Teoria das Cordas levar� ainda v�rias d�cadas. E, se um dia for encontrada a equa��o que resolva todos as quest�es do universo, ela pode vir a n�o ser mais como a Teoria das Cordas. Talvez, seja apenas denominada de Teoria. Nem todos os estudiosos est�o convencidos de que a Teoria do Todo est� � porta. Um grande problema � que talvez nunca exista um experimento pr�tico para as cordas. Ningu�m pode ao menos conceber um teste para algo t�o diminuto: os equipamentos modernos n�o podem testar nada menor que 10-16 cm. Os te�ricos esperam que quando o Large Hadron Collider estiver operando em estrelas CERN em 2005, a supersimetria, ao menos, poder� ser evidenciada. Seria a melhor forma da natureza ser camarada - segundo a cren�a de Einstein de que Deus n�o � malicioso.Mas mesmo que a supersimetria seja descoberta, outro problema intrigante permanecer�. No mundo real, as quatro dimens�es convencionais do espa�o-tempo s�o curvas; o tipo de supersimetria imperfeita que os te�ricos atribuem � natureza, entretanto, faz o espa�o-tempo tornar-se espiral e extremamente fino em todas as dimens�es, de maneira imposs�vel.
Alguns te�ricos invocam a dualidade entre diferentes teorias em diferentes dimens�es para solucionar o impasse. Talvez uma possa iniciar com um universo onde apenas tr�s dimens�es s�o inicialmente curvas - sabe-se que uma delas � espiral. Estes espa�os possuem propriedades peculiares que permitir�o que os problemas com a supersimetria sejam superados. Finalmente, as quatro dimens�es podem ser induzidas a expandir, levando a um mundo como o que conhecemos.
A peculiaridade da gravidade tamb�m levanta muitas quest�es diferentes. Einstein descobriu que a gravidade cresce com a curvatura do espa�o-tempo. Ent�o, para quantificar a gravidade basta faz�-lo com o espa�o e o tempo. Neste caso, talvez n�o haja significado no espa�o e no tempo, e talvez eles emerjam de alguma estrutura aproximada a grandes dist�ncias.
A teoria das cordas � um caminho longo de onde todas as expectativas se encontram. Por outro lado, A Teoria dever� necessariamente ser capaz de descrever as circunst�ncias mais extremas, como a g�nese do universo ou o ambiente interno de um buraco negro. Alguns criticam os te�ricos das cordas, afirmando que tendem a acreditar cegamente em sua teoria alegando que ela pode lidar com tudo. Na realidade, eles n�o entendem o colapso gravitacional melhor que qualquer outra pessoa, dizem alguns.
Mas estes te�ricos, por demais preocupados com os desafios matem�ticos de sua teoria, n�o se deixam abater por qualquer tipo de cr�tica, e continuam a afirmar que a Teoria das Cordas, quando finalmente compreendida em seus m�nimos detalhes, perder� as "Cordas" e ser� chamada de "A Teoria".
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