Teoria das Cordas e Teoria M

"Historicamente a música tem propiciado as melhores metáforas para quem quer entender as coisas cósmicas."

Brian Greene

Antes de resumir esta fantástica e moderníssima teoria da física, que é um estudo de ponta na área, cabe ressaltar que diferente da mecânica quântica e relatividade, a teoria das cordas não está totalmente desenvolvida e tão pouco já sofreu rigorosos testes experimentais e aceitos pelos físicos.

A teoria possui uma matemática sólida, embora suas equações representem tal ordem de dificuldade que nem por meio de computadores se consegue solucioná-las. As aproximações matemáticas é que tem proporcionado resultados brilhantes, coerentes e admiráveis. Em suma, este é um estudo que tem de ser visto como em processo de consolidação. Testes futuros indicarão a solidez do que propõem os pesquisadores da área.

A teoria das cordas emerge de um sentimento compartilhado por grande parte dos físicos: parece improvável que a natureza tenha guardado expressões tão incompatíveis entre o macro e o micro, entre escalas de galáxias e subatômicas. Einstein passou seus últimos dias buscando unificar as teorias da gravidade e eletromagnética. Infelizmente, sem sucesso.

A ideia que se chegar a uma TST que harmonize e explique os diversos fenômenos físicos observados, que resolva o terceiro e último grande confronto da física.

Partícula	Massa	Carga Elétrica	Carga Fraca	Carga Forte
Elétron	0,00054	-1	-1/2	0
Neutrino do elétron	<10-8	0	1/2	0
Quark up	0,0047	2/3	1/2	vermelho, verde; azul
Quark down	0,0074	1/3	-1/2	vermelho, verde; azul
Múon	0,11	-1	1/2	0
Neutrino do múon	<0,0003	0	1/2	0
Quark charm	1,6	2/3	1/2	vermelho, verde; azul
Quark strange	1,6	1/3	-1/2	vermelho, verde; azul
Tau	1,9	-1	-1/2	0
Neutrino do tau	<0,033	0	1/2	0
Quark top	189	2/3	1/2	vermelho, verde; azul
Quark bottom	5,2	-1/3	1/2	vermelho, verde; azul

Tabela: Partículas e suas propriedades físicas.

Em síntese, a teoria das cordas propõe que as partículas elementares (tabela) que os aceleradores de partícula vêm revelando aos físicos são, em essência, cordas. As cordas seriam pequenos filamentos unidimensionais, ou seja, possuem somente tamanho, mas não há qualquer espessura. Uma aproximação grosseira seriam as cordas de um violão.

As diferentes formas de vibração destas cordas, ou os harmônicos para quem estiver familiarizado com música, dariam as diferenças das partículas que são observadas. Tais partículas estão para o universo assim como as letras estão para os livros. As propriedades das partículas (carga, massa, spin), ou seja, aquilo que diferencia uma das outras, seriam percepção que temos da forma as quais uma corda pode vibrar.

Imagine uma linha muito fina. Agora, admita também que por mais que você amplie esta linha ele permanece muito fina, de forma tal que não é possível medir suas espessura. Essa seria a corda da teoria que apresentamos nesta seção. Mas esta corda seria tão pequena, mas tão pequena, que pareceria um ponto se analisada com a mais avançadas de nossa tecnologia moderna.

Tecnicamente falando, a dimensão dela é da ordem da distância de Planck: 10^-33 cm.

FIG. 7.14: Harmônicos em uma corda.

Na figura, há um pequeno exemplo de como uma corda que vibra em uma só dimensão (no sentido longitudinal desta folha). Supondo que o gráfico oscilante represente uma corda presa por ambas às pontas, as pequenas ondas que se formam terão sempre um ponto médio nos extremos. Não é possível, em ondas estacionárias, por exemplo, ter-se uma extremidade no meio de uma parte da corda que está subindo ou no segundo terço da parte que desce. Há sempre uma quantidade inteira de “ondas para cima” e “para baixo”.

Pode-se imaginar também essa possibilidade no sentido perpendicular a folha, ou seja, saindo do papel. É possível combinar o movimento da corda em ambos os sentidos. Com isso, damos dois graus de liberdade ao movimento, ou seja, ele pode vibrar em duas dimensões. Grosso modo, é isso que os físicos “percebem”, só que em 10 dimensões na teoria das cordas.

A riqueza da teoria é ainda maior quando se pensa nas formas que estas dimensões podem ser concebidas. Podemos imaginar uma dimensão retilínea, como o fio de uma faca. É possível ainda pensar em dimensões circulares, elípticas eu seguindo outra curva qualquer. Na teoria das cordas, a forma destas dimensões é fundamental para caracterizar o movimento vibratório das partículas elementares. Pode-se dizer que as formas das dimensões  adicionais para o universo são equivalentes ao DNA para o corpo humano.

Os estudiosos desenvolveram cinco diferentes versões dimensionais da teoria. Mas, estudos mais apurados, mostraram que estes cinco estudos podiam se unificados. Era como se fossem diferentes pontos de vista para um mesmo cenário. Esta união se vez em 11 dimensões: 10 espaciais e uma temporal. Assim surgiu a Teoria M.

Mais tarde, essa teoria incluiu vibrações não só para cordas abertas, mas para as fechadas também (laços). Hoje se propõem membranas de mais dimensões (nas quais as cordas seriam apenas uma “membrana unidimensional”), as chamadas p-branas (com p variando de 1 até 10).

O brilhantismo desta ideia é que todas os elementos da tabela acima, e suas propriedades consequentemente, emergem naturalmente da vibração destas pequenas cordas ou p-branas.

Assim, segundo esta teoria e de forma metafórica, o universo pode ser entendido como uma imensa sinfonia guiado pela música das pequenas cordas que o formam.

Obviamente o conceito de uma corda material, algo como um fio, é uma descrição. Há uma descrição sobre o que seria mais fundamental: as cordas ou o campo (as linhas de força, como as do campo eletromagnético, por exemplo).

Ambas podem expressar uma só coisa.