Teorias das cordas - uma entrevista

Resgatei esta entrevista esclarecedora da física Lisa Randall à revista Ciência Hoje. Ela toca em temas como supersimetria, teoria das cordas, branas com muito didatismo e pode ajudar os leitores deste blog a entenderam um pouco mais este interessante assunto. No final da entrevista colquei links que detalham mais alguns dos temas abordados. Boa leitura.


Há pelo menos 80 anos, tem-se buscado o ‘graal’ da física moderna: a unificação da gravitação com as outras três forças fundamentais do universo – a eletromagnética, que atua entre cargas elétricas e responde, por exemplo, pelo atrito entre os corpos; a forte, que mantém os núcleos atômicos coesos; e a fraca, que está por trás de certos fenômenos radioativos. O melhor candidato da atualidade para esse posto é a teoria de supercordas, que postula que as partículas fundamentais que compõem a matéria são, na verdade, vibrações de uma entidade física com dimensões minúsculas (10-33 cm), a corda. O prefixo ‘super’, no caso, significa supersimetria, ou seja, cada partícula (elétrons, quarks, neutrinos etc.) teria um parceiro, a partícula supersimétrica. Em 1999, essa busca pelo que se convencionou chamar ‘teoria de todas as coisas’ ganhou velocidade com a publicação de dois artigos da física norte-americana Lisa Randall e de seu colega Raman Sundrum. Os trabalhos de Randall tornaram-se os mais citados da física teórica dos últimos cinco anos. Randall é também uma ativa divulgadora de ciência. Seu primeiro e único livro de divulgação, Warped passages: unraveling the mysteries of the universe’s hidden dimensions (‘Passagens distorcidas: desvendando os mistérios das dimensões ocultas do universo’, ainda sem tradução), trata da possibilidade de o universo ter mais de três dimensões espaciais. Professora catedrática da Universidade Harvard (Estados Unidos), Randall esteve no Rio de Janeiro no mês passado para dar uma série de palestras. Confira a entrevista exclusiva concedida à Ciência Hoje. Por Fred Furtado e Cássio Leite Vieira

Na teoria de supercordas, o universo tem mais que as três dimensões espaciais nas quais vivemos. Onde estão as demais?
Essa questão é alvo de intensa pesquisa atualmente.
Por cerca de 80 anos, acreditou-se que elas tivessem
de ser muito pequenas – tão pequenas a ponto de
não podermos enxergá-las – e dobradas de modo simples
ou complexo. Também se descobriu que há a
possibilidade de as dimensões extras estarem extremamente
distorcidas ou curvadas, de forma que,
mesmo se elas forem infinitas, não as consigamos
ver. Ou seja, elas estão escondidas de uma maneira
que não afeta a escala na qual são feitos os experimentos
até agora. Isso não significa que, no futuro,
essas dimensões não poderão ser detectadas.

Por que a teoria necessita de dimensões extras?
Todos querem uma resposta fácil para essa pergunta,
mas ela é sutil. Essencialmente, a teoria seria
instável sem essas dimensões extras. Dito de outro
modo, não conseguiríamos fazer os cálculos necessários,
e ela, portanto, não faria sentido.

Por que 10 dimensões espaciais?
No início, pensava-se que eram nove. Agora, no entanto,
já se acha que talvez sejam 10. Mas isso depende
de a interação das cordas ser muito forte ou
muito fraca. Em outras palavras, às vezes uma teoria
de 10 dimensões é equivalente a outra de 11, mas
com outros valores de parâmetro. Agora, o porquê
desse número específico se deve a um fato matemático:
é o único que faz sentido para a teoria.

E por que só uma dimensão é temporal?
Na teoria das supercordas, já se considerou mais de
uma, mas a questão é que, de novo, esse tipo de teoria
é instável. Parte da razão para isso é intuitiva: se
houver mais de um tempo, nossas noções de física se
desfazem, e ocorre todo tipo de paradoxo.

Como se pode obter evidência direta da existência
dessas dimensões extras?
Há duas maneiras. A primeira tem a ver com o fato
de que a gravidade parecerá diferente em certas escalas
de energia. Ou seja, se elas existirem, a gravidade
poderia se espalhar por mais dimensões espaciais,
além das três conhecidas, e a maneira como
ela, a gravidade, varia segundo a distância depende
disso. A segunda maneira abrange as partículas fundamentais,
que, ao se moverem por essas novas dimensões,
apareceriam para nós como novos tipos de
partículas cujas massas dependeriam da geometria
desse espaço multidimensional.

Quando se menciona dimensões extras, as pessoas
costumam pensar em universos paralelos, terras
alternativas etc. Elas são as mesmas coisas?
Já dei muitas palestras públicas e, realmente, as pessoas
fazem todo tipo de pergunta. Muitas delas parecem
querer que seus problemas sejam resolvidos
pelas dimensões extras. Mas o que nós, físicos, fazemos
é tentar ver quais teorias são consistentes com
as leis da física que conhecemos. Algumas pessoas
acreditam na chance de existirem universos paralelos.
Pessoalmente, acho isso improvável. Contudo, o
conceito de universos paralelos existe na física, mas
com um sentido diferente: o de que poderia haver
universos completamente diferentes do nosso, existindo
em algum lugar das outras dimensões. Eles
teriam uma química e uma física totalmente diferentes
das nossas. É uma possibilidade real, caso
haja dimensões extras.

A senhora e o físico Raman Sundrum escreveram
um artigo em 1999 que se tornou um clássico
da teoria das supercordas e talvez seja o trabalho
mais citado desse novo campo. A senhora poderia
explicar as idéias por trás desse estudo?
Na verdade, tivemos dois artigos que ficaram famosos.
Um deles, que era mais relacionado à teoria das
supercordas, abordava uma maneira pela qual uma
dimensão extra poderia estar oculta. Mostramos que
se pode ter uma dimensão extra mesmo infinita em
tamanho, se o espaço-tempo [uno quadridimensional,
que reúne as três dimensões espaciais e o tempo,
sendo este a quarta dimensão] for curvado ou distorcido
de uma determinada maneira. O que descobrimos,
um pouco acidentalmente, foi que, em uma
configuração específica do espaço extradimensional,
a gravidade está localizada em uma região diminuta.
Mesmo que, em princípio, a gravidade pudesse
estar em qualquer lugar, na prática ela estaria
altamente concentrada, tão concentrada a ponto de
parecer que há menos dimensões do que realmente
há, pois ela não estaria se espalhando para as outras.

A teoria das supercordas implica a supersimetria.
Isso quer dizer que haverá diversas novas
partículas. Cada partícula hoje conhecida teria um
parceiro supersimétrico. Qual dessas a senhora
acredita que será a primeira a ser detectada pelo
LHC [Grande Acelerador de Hádrons] em 2007?
Primeiramente, não temos certeza de que qualquer
parceiro supersimétrico das partículas que conhecemos
atualmente será descoberto pelo LHC. A razão
é a escala na qual a supersimetria se ‘quebra’
[não se manifesta]. Se isso ocorrer em um nível de
energia alto, as novas partículas serão muito pesadas
para ser observadas no LHC. Mas pode ser que
elas sejam relativamente leves. Nesse caso, as mais
prováveis de serem detectadas são aquelas que têm
interações fortes, como os gluínos, os parceiros supersimétricos
dos glúons, que são mediadores da força
forte nuclear, ou os squarks, parceiros supersimétricos
dos quarks [estes formam, por exemplo, os
prótons e os nêutrons].

Em sua primeira conferência, a senhora mencionou
as branas. O que são elas e como interagem
com o conceito de múltiplas dimensões?
Uma brana – cujo nome vem de membrana – pode
ser uma superfície de poucas dimensões em um espaço
de muitas dimensões. Por exemplo, apesar de
existirem quatro dimensões espaciais, pode ser que
as partículas que conheçamos, como os quarks e os
léptons, estejam limitadas a apenas três delas. Ou
seja, talvez todas as forças, com exceção da gravitação,
só possam ser encontradas nessa brana.

Então, pode haver várias branas?
Sim, mas ainda não temos a resposta. De fato, acho
que isso é uma das coisas frustrantes para os que não
trabalham com física: há muitas possibilidades. Na
verdade, é um pouco frustrante para nós, físicos, também,
mas só começamos a pensar nisso recentemente,
por isso é importante explorar todas as opções.

A senhora explicou em sua conferência, no Rio,
que nós habitaríamos uma brana, enquanto
a gravitação estaria em outra, digamos, paralela.
Quão distantes elas estariam uma da outra?
O intervalo entre as duas é extremamente pequeno.
É bem próximo da chamada escala de Planck [homenagem
ao físico alemão Max Planck (1858-1947)],
uma escala de energia na qual a gravitação é forte.
Isso quer dizer que a distância é de apenas 10-31 cm.
Pode parecer que, por ser tão pequena, essa distância
não tenha qualquer conseqüência, mas o fato é
que ela tem: a gravidade muda radicalmente quando
se vai de uma brana para a outra, tornando-se
exponencialmente mais fraca.

Esse efeito é linear? Se houver outra brana
após a nossa, a gravitação seria mais fraca ainda?
Sim, exponencialmente mais fraca. O que ocorreria,
na verdade, é que as massas se tornariam mais
leves, o que, no final das contas, tem o mesmo efeito,
pois a gravitação está relacionada a quão pesadas ou
energéticas são as coisas.

Então, a razão pela qual a gravitação
é mais fraca é o fato de o gráviton, a partícula
que mede essa força, ‘habitar’ outra brana?
Isso é mais ou menos correto. O que acontece é que
a gravitação é, em realidade, parte do espaço-tempo
de cinco dimensões, mas nós pensamos que vivemos
em quatro dimensões, três espaciais e uma temporal.
Logo, a gravitação que sentimos em nosso universo
é apenas a projeção, em menos dimensões, da
força original, que habita essa outra brana.

Einstein publicou sua teoria da relatividade geral
em 1916. Na década de 1920, surgiram as primeiras
teorias em que se propunha uma dimensão
espacial extra. Por um tempo, chegou-se a acreditar
que elas unificavam o eletromagnetismo
e a gravidade. Entretanto, isso não se mostrou
verdadeiro. Por que tem sido tão difícil unificar
as quatro forças do universo desde então?
A gravitação é um pouco diferente porque a escala
de energia em que ela pode ser unificada é distinta
daquela na qual as outras forças se unificam. No
entanto, no contexto das dimensões extras, isso pode
acontecer. Um dos problemas é que, com a unificação,
espera-se o surgimento de novas forças e partículas,
que não conseguimos detectar. Outra dificuldade
é explicar como se pode ter diferentes massas
para diferentes partículas.

Que tipo de descoberta do LHC traria o selo
de ‘aprovado’ para a sua teoria e a de supercordas?
As supercordas não serão comprovadas com o LHC,
mas a supersimetria talvez seja, se formos capazes
de ver os parceiros supersimétricos de partículas
conhecidas. Se minha teoria sobre a baixa intensidade
da força gravitacional estiver correta, então poderemos
detectar partículas de Kaluza-Klein, que
são os parceiros do gráviton, que viajam pelas dimensões
extras. De fato, é possível que o glúon também
se propague por essas dimensões. Nesse caso,
ele também teria um parceiro passível de detecção.
Esse cenário é parte do meu trabalho atual.

O universo está inundado por componentes
estranhos chamados matéria e energia escuras.
Sua teoria explicaria esses mistérios?
A matéria escura é mais fácil de entender nessas
teorias. Na supersimetria, esse componente poderia
ser a partícula supersimétrica mais leve. Se há dimensões
extras, então há vários candidatos para o
papel de matéria escura. Quanto à energia escura,
ninguém ainda entende bem o que ela é. Eu gostaria
de ver uma explicação que levasse em conta dimensões
extras, mas ela ainda é um mistério.

Unificar as quatro forças fundamentais
do universo significa, de certo modo,
unificar a relatividade geral, uma teoria para
a escala do macro, com a mecânica quântica,
a teoria do micro. O físico Roger Penrose afirma que,
para que isso ocorra, a mecânica quântica terá
que ser modificada. Já o físico Stephen Hawking
defende que a alteração deverá ser na relatividade.
Qual a sua opinião?
Creio que é certo que, uma vez que se chegue a altos
níveis de energia, a gravitação será modificada. Isso
é algo que estamos considerando, por exemplo, no
contexto de buracos negros e espaço distorcido: há
casos em que a gravitação se comporta de maneira
distinta. No caso da mecânica quântica, não vejo uma
razão pela qual ela teria de mudar.
Site da revista Ciência Hoje

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