A teoria das supercordas

No Ensino Médio já estão incluídos tópicos de Física Moderna, a saber, uma introdução à Teoria da Relatividade de Einstein e à Física Quântica. A necessidade desse estudo se justifica por serem essas duas teorias consideradas os "pilares do conhecimento moderno". Desde a década de 30 sabe-se que as duas teorias são incompatíveis entre si, visto que a gravitação de acordo com a relatividade é determinística e contínua, enquanto que a mecânica quântica descreve a matéria e a energia de forma descontínua e os eventos probabilisticos . Assim desde o início do século XX os pesquisadores têm buscado uma nova teoria que unifique "os dois pilares", formando uma "Teoria de Tudo" como têm sido chamada.

A teoria das cordas é uma tentativa de unir a gravitação à física quântica. De acordo com essa teoria, as partículas fundamentais como elétrons e quarks e até mesmo fótons, não são partículas realmente, mas cordas unidimensionais extremamente pequenas, da ordem de 10^-33 cm de comprimento. As tais cordas possuem vários modos de vibração, a cada modo temos uma partícula.

A teoria das cordas foi concebida inicialmente no final dos anos 60, com intuito de descrever as interações nucleares, em especial a teoria das forças fortes e surgiu da dificuldade de se utilizar a teoria quântica de campos, cujos resultados não se mostravam satisfatórios. Diversas tentativas de obter uma hipótese geral que satisfizessem a teoria de Campos levou a uma expressão conhecida como "fórmula de Veneziano". A "fórmula" podia ser obtida a partir de uma teoria descrevendo objetos extensos ao invés de puntuais, as cordas.

Uma corda difere muito de um ponto, visto que, um ponto ao deslocar-se pelo espaço descreve uma linha (uma dimensão), uma corda deslocando-se pelo espaço descreve uma superfície (duas dimensões). Além disso enquanto pontos são únicos, cordas podem ter extremidades livres ou fechadas. Essas cordas vibram como cordas de um violão e as diversas formas de vibração produzem as propriedades que conhecemos como massa, carga elétrica,etc. Esses filamentos são muito pequenos, tão pequenos que para a precisão de nossos mais sofisticados instrumentos eles ainda se parecem com pontos. A ordem de grandeza dessas cordas é de 10^-33 cm.

Assim, todas as partículas conhecidas, como elétrons, prótons, nêutrons, os vários quarks, neutrinos e até as partículas mensageiras como os fótons (transmissores das forças eletromagnéticas) e os gravitons (transmissores da força gravitacional, partícula que ainda não foi detectada), seriam o resultado das diferentes vibrações de cordas extremamente pequenas e rígidas. Até as propriedades das partículas, como massa, carga elétrica, "cor", "sabor", "estranheza" podem ser deduzidas a partir dos diferentes modos de vibração. (Lembrando que "cor", "sabor" e "estranheza" em nada se parecem com o que comumente conhecemos como tais, são propriedades quânticas sem nenhum análogo clássico.)

A previsão teórica de um tipo de corda fechada que gera uma partícula que se comporta como se espera de um graviton leva à unificação dos "pilares" Física Quântica e Relatividade Geral. No entanto há um problema com essa teoria, ela prevê a existência de partículas que se movem a velocidades superiores à velocidade da luz no vácuo, o que é proibido de acordo com a Teoria da Relatividade, além de outros resultados impossíveis, como probabilidades infinitas, por exemplo. Para contornar essa dificuldade foi incluída à teoria a supersimetria, dando origem à teoria das supercordas. Diversos problemas com infinitos e velocidades supraluminares são resolvidos nessa nova formulação. Porém para ser coerente ela exige dez (ou mais) dimensões, sendo nove de espaço e uma de tempo, o que difere do mundo em que vivemos que possui três dimensões espaciais e uma temporal. Assim fica a dúvida sobre o que são e onde estão as seis dimensões extras. Postula-se que essas outras dimensões tornaram-se pequenas esferas da mesma ordem de grandeza que o comprimento de Planck (10^-33 cm) nos primeiros instantes do Big Bang, enquanto as três dimensões espaciais ordinárias expandiram-se violentamente formando o universo como o conhecemos.

Para saber mais sobre esse assunto sugiro as leituras abaixo:
Em busca de uma teoria final (1)

Em busca de uma teoria final (2)

Gravitação Quântica

Teoria das supercordas

O mundo bizarro das supercordas

Em inglês:

Superstring theory