Teoria das Cordas

Definição de Teoria das Cordas: (física de partículas) uma teoria que postula que partículas subatômicas são cordas unidimensionais

Uma teoria na física em que pequenos objetos de corda têm modos de vibração que correspondem a partículas elementares. Tais objetos existem em um espaço-tempo que tem mais dimensões do que as três dimensões familiares do espaço, algumas das quais são consideradas extremamente pequenas. A teoria das cordas procura unificar a gravidade com a teoria quântica.

O que é a Teoria das Cordas?

A teoria das cordas, às vezes chamada de Teoria de Tudo, é pensada por alguns como a teoria unificadora de campo que Einstein buscava antes de sua morte.

É a primeira teoria matematicamente sólida que reconcilia o mundo infinitamente pequeno, com o mundo conhecido em geral. Ele une a Teoria da Relatividade de Einstein com a física quântica e oferece uma explicação potencial para o Big Bang.

Antes da teoria das cordas, partículas subatômicas eram imaginadas como pequenas bolas ou pontos de energia. Esta teoria trabalha na premissa de que os mais pequenos pedaços subatômicos que compõem os elementos dos átomos realmente se comportam como cordas vibratórias. As cordas são tão pequenas que o físico Brian Greene tem analogizado que, se um único átomo fosse ampliado para ocupar a pegada de nosso sistema solar, uma corda ainda não seria maior do que uma árvore.

Como essas minúsculas cordas vibratórias são responsáveis pelas propriedades de toda a matéria, o cosmos foi comparado a uma sinfonia cósmica de superestruturas. Embora poeticamente atraente, a força da teoria das cordas é que é responsável por todas as quatro forças conhecidas em uma teoria elegante.

Essas forças fundamentais são a gravidade, as forças nucleares fortes e fracas e o eletromagnetismo.

Um dos elementos surpreendentes desta teoria é que exige dimensões extras para serem livres de anomalias matemáticas. Os cientistas adicionaram seis dimensões extras, inicialmente, para um total de dez. As seis dimensões deveriam estar contidas em pequenas formações onduladas em todos os pontos do nosso espaço tridimensional.

No entanto, houve um problema: os teóricos da corda apresentaram várias teorias que tudo parecia estar correto. Em última análise, os cientistas descobriram que adicionar uma 11ª dimensão matematicamente explicou todas as teorias aparentemente diferentes como aspectos diferentes do mesmo. A teoria única para dominá-los é conhecida como M-theory.

A 11ª dimensão da teoria das cordas prediz um novo tipo de corda, esticada infinitamente longa para criar o que se denomina uma membrana flutuante ou brane.

A cosmologia de Brane refere-se a várias teorias em física de partículas e cosmologia relacionadas à teoria das cordas, teoria das supercordas e teoria M.

De acordo com essa teoria, existem infinitas branas que cada uma suporta um universo separado, mas paralelo. Neste bairro extremamente exótico, a força “problemática” da gravidade também foi explicada.

Enquanto o Modelo Padrão de Física já havia unido três das forças conhecidas, a gravidade permaneceu evasiva. Parte do problema era que a gravidade era uma força tão fraca em relação aos demais. A teoria das cordas prevê matematicamente que a gravidade é fraca porque só está vazando aqui de um universo paralelo.

Isso é possível, explicam os teóricos das cordas, porque as cordas podem ser abertas ou fechadas. As cordas abertas têm um ponto final ligado à brança em que residem, mantendo a matéria contida nessa brane. Considera-se que os corpos humanos são feitos de cordas abertas, o que explica por que as pessoas não conseguem alcançar ou interagir com outras dimensões. As cordas fechadas, no entanto, são como anéis minúsculos, soltos à sua brana, capazes de “fugir” de longe.

A gravidade é pensada para ser transferida através de partículas hipotéticas sem massa, chamadas gravitões. Se os gravitons fossem feitos de cordas fechadas, cientistas teorizavam, a gravidade poderia estar vazando nossa brana. Parecia bom, mas não funcionava matematicamente.

No entanto, o hipotético oposto funcionou: a gravidade parece estar vazando para a nossa brana de um universo paralelo. Fantásticamente, essa noção é matematicamente sólida.

A teoria das cordas também oferece uma possível explicação para o Big Bang. Há muito incomodou os cientistas que, embora pudessem traçar os estágios do Big Bang para trás para a singularidade, a causa inicial para o evento era sem explicação. Agora, os teóricos da cadeia acreditam que duas colisões de farpas poderiam ter causado o evento.

O maior desafio para a teoria é que grande parte disso não é provável. Os cientistas não podem testar outras dimensões, estudar gravitões migratórios, ou espiar entre as cortinas de farpas flutuantes para testemunhar um evento do Big Bang. Por esse motivo, a teoria das cordas tem muitos detratores e críticos. Alguns cientistas acreditam que, sem a capacidade de provar a teoria, não é verdadeira ciência. No entanto, os proponentes parecem confiantes de que prova de vários tipos virá com o progresso tecnológico e o tempo.

Teoria das Cordas

Pense em uma corda de guitarra que tenha sido ajustada esticando a corda sob tensão através da guitarra. Dependendo de como a corda é arrancada e quanto a tensão está na corda, diferentes notas musicais serão criadas pela corda. Essas notas musicais podem ser consideradas modos de excitação daquela corda de guitarra sob tensão.

De forma semelhante, na teoria das cordas, as partículas elementares que observamos nos aceleradores de partículas podem ser pensadas como “notas musicais” ou modos de excitação de cordas elementares.

Na teoria das cordas, como na guitarra, a corda deve ser esticada sob tensão para se tornar excitada. No entanto, as cordas na teoria das cordas estão flutuando no espaço-tempo, elas não estão amarradas a um violão.

No entanto, eles têm tensão. A tensão da corda na teoria das cordas é indicada pela quantidade 1 / (2 p a ‘), onde a’ é pronunciado “alfa prime” e é igual ao quadrado da escala do comprimento da corda.

Se a teoria das cordas deve ser uma teoria da gravidade quântica, então o tamanho médio de uma cadeia deve estar em algum lugar próximo da escala de comprimento da gravidade quântica, denominada comprimento de Planck, que é cerca de 10-33 centímetros, ou cerca de um milionésimo de bilionésimo de um bilionésimo de bilionésimo de centímetro. Infelizmente, isso significa que as cordas são muito pequenas para serem vistas pela tecnologia de física de partículas atual ou esperada (ou financiamento !!) e, portanto, os teóricos das cordas devem elaborar métodos mais inteligentes para testar a teoria do que apenas procurar pequenas cordas em experimentos de partículas.

As teorias de cordas são classificadas de acordo com a necessidade ou não de seqüências de caracteres serem fechadas, e se o espectro de partículas inclui ou não férmions. Para incluir fermions na teoria das cordas, deve haver um tipo especial de simetria, chamado supersimetria, o que significa que para todo bóson (partícula que transmite uma força) existe um fermião correspondente (partícula que compõe matéria). Assim, a supersimetria relaciona as partículas que transmitem forças às partículas que compõem a matéria.

Os parceiros supersimétricos para as partículas atualmente conhecidas não foram observados em experimentos de partículas, mas os teóricos acreditam que isso é porque partículas supersimétricas são muito maciças para serem detectadas nos aceleradores atuais. Os aceleradores de partículas podem estar à beira de encontrar evidências de supersimetria de alta energia na próxima década. A evidência de supersimetria em alta energia seria evidência convincente de que a teoria das cordas era um bom modelo matemático para a Natureza nas escalas de distância menores.

Teoria das cordas: uma breve visão geral

A relatividade geral e a mecânica quântica abordam diferentes abordagens para ver como funciona o universo. Muitos físicos sentem que deve haver um método que une os dois. Um candidato a uma teoria tão universal é a teoria das supercordas, ou a teoria das cordas, para abreviar.

Vamos dar uma breve visão geral desta perspectiva complexa.

Uma corda, sem partículas

As crianças na escola primária aprendem sobre a existência de prótons, neutrons e elétrons, partículas subatômicas básicas que criam toda a matéria como a conhecemos. Os cientistas estudaram como essas partículas se movem e interagem uns com os outros, mas o processo levantou uma série de conflitos.

De acordo com a teoria das cordas, essas partículas subatômicas não existem. Em vez disso, pequenas peças de corda vibratória muito pequenas para serem observadas pelos instrumentos de hoje as substituem. Cada cordão pode ser fechado em um loop ou aberto. Vibrações da corda correspondem a cada uma das partículas e determinam o tamanho e a massa das partículas.

Como as cordas substituem partículas semelhantes a pontos?

Em um nível subatômico, há uma relação entre a freqüência em que algo vibra e sua energia. Ao mesmo tempo, como a equação famosa Einstein E = mc2 nos diz, existe uma relação entre energia e massa. Portanto, existe uma relação entre a freqüência vibratória de um objeto e sua massa. Esse relacionamento é central para a teoria das cordas.

Limitando as dimensões do universo

A teoria da relatividade de Einstein abriu o universo a uma multiplicidade de dimensões, porque não havia limite em como funcionava. A relatividade funcionou tão bem em quatro dimensões quanto em quarenta. Mas a teoria das cordas só funciona em dez ou onze dimensões. Se os cientistas podem encontrar evidências que sustentam a teoria das cordas, eles terão limitado o número de dimensões que poderiam existir dentro do universo.

Nós só experimentamos quatro dimensões.

Onde, então, estão as dimensões faltantes previstas pela teoria das cordas?

Os cientistas teorizaram que eles estão enrolados em um espaço compacto. Se o espaço for pequeno, na escala das cordas (na ordem de 10-33 centimetros), então não seríamos capazes de detectá-los.

Por outro lado, as dimensões extras poderiam ser muito grandes para que possamos medir; nossas quatro dimensões poderiam ser enroladas extremamente pequenas dentro dessas dimensões maiores.

Procurando evidências

Em 1996, os físicos Andrew Strominger, então no Instituto de Física Teórica em Santa Bárbara, e Cumrun Vafa em Harvard, simularam um buraco negro com uma quantidade excessiva de desordem ou entropia. Tal buraco negro havia sido simulado duas décadas antes pelos físicos Jacob Bekenstein e Stephen Hawking. Na época, ninguém conseguia descobrir por que um buraco negro poderia abrigar tanta entropia.

O buraco negro teórico criado por Strominger e Vafa não foi criado como buracos negros convencionais vistos no centro das galáxias, como a Via Láctea. Em vez disso, eles se basearam na teoria das cordas para simular, proporcionando um vínculo entre a teoria complexa e a força fundamental da gravidade que impulsiona os buracos negros. Basando suas bases sobre a teoria das cordas em vez das partículas convencionais, elas emprestaram mais credibilidade à teoria potencialmente unificadora.

Se a teoria das cordas é a teoria “final” – a teoria de tudo – é desconhecida. Mas é um forte concorrente para explicar o funcionamento interno do universo.

Resumo

Um dos objetivos da Física é encontrar uma única teoria que une todas as quatro forças da natureza. Esses são; o eletromagnetismo, a gravidade e as forças nucleares fortes e fracas. Os dois primeiros são familiares. O eletromagnetismo é a força que mantém um ímã de refrigerador em uma geladeira enquanto a gravidade está tentando puxá-lo para a Terra.

A força nuclear forte é responsável por manter a parte central dos átomos (seus núcleos), enquanto a força nuclear fraca está envolvida na decadência desses núcleos.

Na tentativa de unir todas as quatro forças juntas, muitas idéias interessantes e novas teorias foram propostas. Uma das mais promissoras dessas novas teorias é a teoria das cordas. Ao tentar unir a gravidade com as outras três forças, a teoria das cordas exige que mudemos a maneira como vemos o universo.

De acordo com a teoria, todas as partículas são realmente pequenas cordas vibratórias e cada tipo de vibração corresponde a uma partícula diferente. As diferentes partículas são como as notas diferentes que podem ser jogadas curvando uma corda de violino. No entanto, as cordas da teoria das cordas quase certamente não pareceriam cordas de violino.

A teoria das cordas também exige que aceitemos a existência de dimensões extras no universo.

Estamos familiarizados com as quatro dimensões usuais: subida, para frente, para trás, esquerda e direita, mas a teoria das cordas exige mais sete dimensões!

Um universo de onze dimensões parece estranho para nós, mas muitos físicos pensam que essas dimensões extras são possíveis e estão procurando maneiras de detectá-las.

A tentativa de unificar as 4 forças da natureza é uma das áreas mais excitantes da física e espero estar por perto se isso for bem sucedido, seja a teoria das cordas ou algum outro candidato que seja bem sucedido. Por outro lado, existe a possibilidade de que não exista uma única teoria que possa descrever todas as forças da natureza de uma maneira limpa e ordenada como gostaríamos.

Seja qual for o resultado, cientistas de todo o mundo continuarão trabalhando juntos para descobrir o que poderia ser a última teoria de tudo.

Fonte: www.thefreedictionary.com/superstringtheory.com/www.wisegeek.org/www.space.com/www.physics.org