Física

É uma teoria de tudo possível? Aqui estão alguns dos candidatos mais interessantes

É uma teoria de tudo possível? Aqui estão alguns dos candidatos mais interessantes



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E se alienígenas aparecessem hoje? Não apenas qualquer grupo comum de alienígenas. Estamos falando de um grupo de criaturas altamente inteligentes que desvendaram todos os mistérios que nosso universo guarda. Esses supostos alienígenas saberiam tudo sobre a natureza da realidade. Se eles tentassem explicar essas idéias, você acha que os humanos seriam capazes de entendê-las? Melhor ainda, nossas principais ideias na ciência se alinham com o que os alienígenas têm a dizer? Com nossa compreensão atual do universo, quão próximos estaríamos?

A maioria dos físicos diria que estamos no caminho certo, mas ainda temos algum progresso a fazer. Na busca incessante da humanidade para compreender nossa realidade, criamos teorias testáveis ​​e surpreendentemente precisas que explicam eventos que acontecem em uma escala inimaginavelmente pequena e um universo infinitamente expansivo. No entanto, as atuais estruturas matemáticas que explicam o colossal e o minúsculo não concordo um com o outro. Durante o século passado, os principais físicos depositaram suas esperanças no sempre tão esquivo teoria do campo unificado ou teoria de tudo (TOE). Mas, eles deveriam?

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Na física de partículas, uma teoria do campo unificado, ou teoria grande unificada, é uma tentativa de descrever todas as forças fundamentais e as relações entre as partículas elementares em termos de um único quadro teórico.

Em meados do século 19, James Clerk Maxwell formulou a primeira teoria de campo em sua teoria do eletromagnetismo, que demonstrou a relação entre as forças da eletricidade e do magnetismo. Então, no início do século 20, Albert Einstein desenvolveu a relatividade geral, uma teoria de campo da gravitação. Mais tarde, Einstein e outros tentaram construir uma teoria do campo unificado que incorporou tanto o eletromagnetismo quanto a gravidade como diferentes aspectos de um único campo fundamental.

Alguns pesquisadores dizem que uma teoria unificada está perseguindo um unicórnio. No entanto, uma maioria vocal, incluindo Einstein, acredita que é possível preencher a lacuna entre a força eletromagnética, as forças nucleares forte e fraca e a gravidade.

Como escreveu o cosmólogo e físico de partículas John Barrow da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, "Encontrar uma teoria de tudo é bastante concebível. As leis da natureza são muito poucas, são simples e simétricas e existem apenas quatro forças fundamentais . " No entanto, estamos nos adiantando. Você pode estar se perguntando o que exatamente é uma teoria de tudo?

Por que precisamos de uma grande teoria unificada?

O universo e tudo nele são mantidos juntos por quatro forças fundamentais; a força eletromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca e a gravidade. As três primeiras forças formam o modelo padrão da física de partículas, que é o mundo da mecânica quântica em poucas palavras. Você provavelmente está familiarizado com alguns aspectos do mundo quântico, como o emaranhamento quântico e o princípio da incerteza. A gravidade é a ovelha negra desta família de forças, andando por aí como uma criança rebelde, tornando as coisas muito difíceis para todos.

A força gravitacional explica o comportamento de todas as coisas com massa ou energia. Em 1915, Albert Einstein propôs sua teoria geral da relatividade, que descreve a gravidade não como uma força, mas como uma consequência da curvatura do espaço-tempo causada pela distribuição desigual da massa.

No entanto, as coisas (principalmente matemática) desmoronam quando a mecânica quântica e a relatividade são aplicadas juntas. Uma teoria de tudo reuniria tudo, matematicamente e, com sorte, em uma teoria lindamente unificada. No entanto, isso é extremamente difícil. Embora nossa compreensão da física tenha se expandido desde as contribuições de Einstein (ou seja, forças nucleares fortes e fracas).

Como o famoso físico disse certa vez a um aluno: "Quero saber como Deus criou este mundo. Não estou interessado neste ou naquele fenômeno, no espectro deste ou daquele elemento. Quero saber seus pensamentos; o resto são apenas detalhes. " Então, quanto mais perto estamos de conhecer a mente de Deus? Bem, depende de quem você pergunta. Existem vários candidatos para uma teoria de tudo, cada um com suas peculiaridades, mas cada um deles é igualmente estonteante. Para este artigo, vamos nos concentrar nas ideias centrais dessas teorias. Vamos começar.

Teoria das cordas: um multiverso vibrante

A teoria das cordas é provavelmente uma das candidatas mais fortes em nossa lista, pois é uma das teorias potenciais mais exploradas de tudo. Você pode ter ouvido falar disso antes na cultura pop, ou talvez você tenha um amigo que adora falar sobre isso quando está bêbado.

No entanto, o mundo da teoria das cordas é uma toca de coelho profunda que pode derreter um pouco o cérebro. A teoria das cordas postula que as partículas são, na verdade, cordas unidimensionais que vibram no nível mais básico.

De acordo com a Teoria das Cordas, essas cordas vibram em diferentes níveis, determinando os tipos e propriedades das partículas, como massa e carga. Mas, para que essa teoria funcione matematicamente, dimensões espaciais extras que não podem ser experimentadas diretamente pelos humanos precisam ser consideradas na equação.

Embora radical, a ideia é uma abordagem elegante para os enigmas mencionados acima. No entanto, existem vários problemas com a teoria das cordas. Nós vamos concentre-se em dois grandes.

Em primeiro lugar, a teoria das cordas é apenas isso, "uma teoria", e os teóricos estão tendo dificuldade em encontrar maneiras de testar essa ideia de maneira adequada, com alguns físicos chegando a dizer que a teoria das cordas é uma pseudociência. Isso pode mudar muito em breve. Físicos importantes de instituições como a Harvard University e a Stony Brook University acreditam que a chave para construir um TOE sobre a teoria das cordas gira em torno do conceito de inflação.

Acredita-se que a inflação tenha desempenhado um papel importante nos primeiros momentos do Big Bang, explicando por que o universo se parece com o que é e por que passou por uma fase de extrema expansão. Se a teoria das cordas puder eventualmente ser usada para explicar a inflação, pode ser um passo mais perto de se tornar a grande teoria unificada que temos procurado por todos esses anos. No entanto, isso nos leva ao nosso próximo problema.

No momento, existem muitas variantes da teoria. Os físicos tentaram unificar várias idéias da teoria das cordas, criando uma estrutura mais geral chamada de teoria-M. No entanto, a teoria M apenas abre as portas para 10 ^ 500 universos. Alguns acreditam que isso poderia ser a prova de que existem vários universos, ou que a teoria não é testável. A teoria das cordas parece ter um longo caminho a percorrer antes que a comunidade científica possa adotá-la.

Loop Quantum Gravity: Um universo entrelaçado

LQG ou gravidade quântica em loop é atualmente um dos maiores contestadores da teoria das cordas ao título de "teoria de tudo". A ideia geral para a gravidade quântica em loop é que o espaço não é contínuo, mas é dividido em pequenos pedaços ou din: campos gravitacionais sobre 10 ^ -35 metros de diâmetro. Essas medições de espaço são então conectadas por links para formar o espaço que experimentamos. Quando esses links se enredam em "tranças" e "nós", eles produzem partículas elementares. LQG tem algumas afirmações ousadas, incluindo a descrição de como o universo pode ter se formado após o colapso de um universo anterior. Ao contrário da teoria das cordas, LQG não introduz dimensões extras e não tenta unificar todas as forças. A teoria pode ser usada para explicar algumas grandes ideias do mundo real e ajudar a esclarecer o início do nosso universo.

No entanto, a maioria das versões da gravidade quântica em loop lutam para incorporar a gravidade e, de fato, algumas nem mesmo tentam. Em vez disso, eles fazem um esforço para quantizar o campo gravitacional enquanto ele é mantido separado das outras forças

Grafidade quântica: as coisas estão ficando um pouco radicais

Este é o ponto na lista onde as coisas começam a ficar um pouco estranhas, indo além da ciência convencional para áreas mais periféricas da ciência ou experimentos mentais completos. Fotini Markopoulou e seus colegas do Perimeter Institute for Theoretical Physics em Waterloo, Ontário, Canadá, pretendem jogar muitos pressupostos universais pela janela em sua busca para encontrar uma teoria de tudo. Chamado de Quantum Graphity, Markopoulou acredita que quando o universo se formou no Big Bang, o espaço não existia como o conhecemos.

De acordo com essa teoria, o universo como o conhecemos já foi uma rede abstrata de "nós" de espaço. Cada nó foi conectado um ao outro. Porém, logo após o Big Bang, o universo entrou em colapso, criando os princípios que regem nossa realidade hoje.

PESQUISADORES USAM AS IDEIAS DE RICHARD FEYNMAN PARA DESENVOLVER UMA 'TEORIA DE TUDO' FUNCIONAL

Gravidade quântica de Einstein: gravidade até um ponto

Um dos maiores problemas em conectar a gravidade ao mundo da mecânica quântica é o que acontece com a gravidade em escalas muito pequenas. As coisas ficam um pouco estranhas. Os modelos atuais que temos sugerem que a gravidade é uma força muito fraca. Os mesmos modelos também fariam você acreditar que quanto mais próximos dois objetos estão um do outro, mais forte é a atração gravitacional entre eles. Mas isso não funciona no nível quântico. A gravidade quântica de Einstein pode ser uma explicação potencial para esse quebra-cabeça e outra candidata a uma teoria de tudo. Proposta por Martin Reuter, da Universidade de Mainz, Alemanha, essa ideia pode abrir as portas para uma teoria quântica da gravidade.

E8: Uma das mais belas teorias de todas as ciências

O artigo de Garrett Lisi "Uma teoria de tudo excepcionalmente simples" é polêmico, elegante e bonito. De acordo com a teoria E8 do físico, o 248 dimensional objeto matemático acima é a chave para a compreensão do universo. A teoria potencial do físico e do surfista de tudo pode ser resumida com um Grupo de Lie E8. Lisi criou essa estrutura traçando um gráfico das partículas fundamentais de um gráfico que marca a força eletrofraca, a hipercarga e as cargas no campo de Higgs. Depois de traçar todas essas partículas em um gráfico 3D, esse complexo padrão matemático de oito dimensões surgiu com 248 pontos. Novamente, cada um desses pontos são partículas fundamentais com propriedades diferentes.

É onde as coisas começam a ficar interessantes. Há um punhado de partículas no diagrama com propriedades específicas que estão "ausentes". Isso significa que podemos testar e procurar partículas com essas propriedades específicas. Ainda mais, acredita-se que essas partículas se correlacionariam com a gravidade, preenchendo nossa lacuna de relatividade quântica e geral. Claro, essa teoria deve ser vista com cautela, e até mesmo Lisi ainda acredita que a ideia precisa de algum trabalho. No entanto, ele acha que tem mais chance de ser uma teoria de tudo do que a teoria das cordas. Tiros disparados.

Pseudociência? Precisamos de uma grande teoria unificada?

Como você provavelmente percebeu, muitas dessas teorias flutuam nas periferias da ciência. Mesmo nosso candidato mais promissor - a teoria das cordas - ainda luta para encontrar maneiras práticas de ser testado. Uma grande teoria unificadora se baseia na suposição de que a natureza tem uma solução matemática elegante e simétrica para os princípios que governam nossa realidade. No entanto, a ciência nos mostra uma e outra vez que raramente é esse o caso. Em um artigo para Nautilus, Sabine Hossenfelder, pesquisadora do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt, a pesquisadora afirmou que "Toda essa ideia de uma teoria de tudo é baseada em uma premissa não científica."

"Esta simplesmente não é uma boa estratégia para desenvolver teorias científicas e não, certamente não é uma metodologia padrão. Na verdade, o oposto é o caso. Depender da beleza para o desenvolvimento de teorias tem funcionado historicamente mal."

Às vezes, a teoria de tudo parece tão evasiva quanto um Pokémon brilhante e tão mítica quanto um unicórnio. Você acha que uma das teorias acima explicará a natureza da realidade? Ou ainda temos um longo caminho a percorrer? Que outras idéias ou abordagens devemos considerar?


Assista o vídeo: Redação sob medida. Especial TRT 6 (Agosto 2022).