CONSTANTES DO UNIVERSO, UMA RESPOSTA NATURAL OPOSTA AO PRINCÍPIO ANTRÓPICO E AO ARGUMENTO DO DESIGN – Parte 5

A TEORIA DAS CORDAS E A TEORIA DA GRAVIDADE EM LOOP QUÂNTICO

cordas

MODELOS MATEMÁTICOS:

Para compreendermos a validade da Teoria das cordas e da teoria da gravidade em loop quântico, temos de ter em mente que boa parte da física se expressa em modelos matemáticos. (Veja aqui)
É claro que como modelo matemático um objeto existe desde que ele possa ser definido ou axiomatizado, mas a definição proposta deverá ter sentido. Por exemplo, podemos definir a soma dos ângulos de um triângulo no espaço euclidiano como sendo 180 graus. Porém não podemos definir um triângulo de quatro lados.

Dessa forma, quando falamos de existência matemática, essa existência vale de acordo com um sistema de axiomas e com um sistema lógico de deduções compatíveis.

As ideias matemáticas possuem muita importância científica. É na física que essas ideias matemáticas se manifestam.

A TEORIA DAS CORDAS COMO MODELO MATEMÁTICO E SUA VALIDADE:

A teoria das cordas é um modelo matemático que alega unificar todas as forças do universo ao representar pequenas partículas como cordas vibrantes unidimensionais. Logo, ela é um exemplo de teoria matemática que espera por evidenciação empírica quanto a sua realidade física.

Isso mostra que ela é ao mesmo tempo, um exemplo de conjunto de idéias em Física que se funda na pesquisa matemática, no que concerne às áreas de Topologia e Geometria Diferencial. Isso torna a existência da teoria das cordas um fato consolidado na seara da matemática, tão valida quanto o teorema de Pitágoras ou o teorema da soma dos ângulos de um triângulo no espaço euclidiano.

A teoria das cordas depende de outra ideia que é a supersimetria. Essa ideia afirma que nos níveis mais fundamentais, o Universo exibe uma simetria entre a matéria e as forças da Natureza.

Cada partícula de matéria, como um elétron, tem uma partícula parceira que carrega a força. E cada partícula de força, como um fóton (o transmissor da força eletromagnética), tem uma partícula de matéria como gêmea. A supersimetria também engloba a ideia de que as leis da física permaneceriam imutáveis se trocássemos todas as partículas de matéria e força.

Os teóricos de cordas afirmam que apenas as versões decadimensionais da teoria são autoconsistentes. Quanto às demais versões, a teoria das cordas falha. Essa versão decadimensional usa uma série de números chamados octônios, que englobam as partículas de matéria e força.

Na versão padrão tridimensional da mecânica quântica, um tipo de número, chamado espinor, descreve o movimento ondulatório de partículas de matéria. Outro tipo de número, os vetores, descreve o movimento ondulatório de partículas de força.

Porém, com base na matemática da teoria das cordas os físicos foram mais além e passaram a tratar de membranas, ou Teoria-M, a qual não é bem compreendida, nem mesmo no que se refere às suas representações básicas, sendo que ela requer 11 dimensões.

Tanto a teoria de cordas como a Teoria- M não fizeram nenhuma predição experimentalmente testável.

Nosso Universo não parece ter 10 ou 11 dimensões, e ainda não se detectou qualquer simetria entre partículas de matéria e de força.

Os testes para a Teoria das cordas podem ser os seguintes:

  • Caso o LHC produza micro-buracos negros então será possível deduzir o número de dimensões extras para os universos, conforme disposto no papper (veja aqui):

  • Pesquisadores da Universidade Towson afirmam que medidas incrivelmente precisas da posição de corpos no sistema solar fornecem um teste capaz de provar se a teoria está certa ou errada.

Pequenas discrepâncias entre predições feitas pela teoria geral da relatividade e das cordas podem ser determinadas caso sejam feitas medidas precisas o suficiente, na forma como corpos orbitam uns aos outros.

Essas peculiaridades seriam: desvios da terceira lei do movimento planetário de Kepler; tração nas zonas gravitacionais de equilíbrio conhecidas como pontos de Lagrange; e oscilações nas distâncias de órbitas devido à aceleração em direção a um terceiro corpo. Até hoje, essas ideias jamais foram testadas porque as variações envolvidas seriam incrivelmente pequenas. (Veja aqui)

Caso essas pequenas variações possam ser medidas, e caso elas realmente existam, então a teoria das cordas poderá ser ratificada por um experimento empírico.

CENÁRIO DA AFINAÇÃO DO UNIVERSO:

Essa afinação, conforme consta em bibliografia citada, tem como causa o vácuo em que nos encontramos e de sua energia a qual define essa “afinação”. Essa energia é que vai dizer como as variedades de Calabi-Yau se comportarão quanto ás suas dimensões escondidas (em torno de 6) o que manteria a supersimentria por inteiro (sem que esta se quebre).

É a supersimetria que trata de bósons (spin inteiro) e férmions (spin meio inteiro) como se essas partículas se associassem entre grupos (os superparceiros) Mas superparceiros não foram detectados até então, o que demonstra a quebra de simetria espontânea.

O panorama das cordas emerge quando a energia de cada possível solução de corda se distribui graficamente como uma função dos parâmetros das variedades de Calabi-Yau associadas a essa determinada solução.

Cada tamanho específico dessa variedade apresenta energia nos vales (mínimo da curva). A variedade ajusta seu tamanho de modo a repousar no mínimo da curva, cuja energia varia conforme a modificação de seus aspectos.

A variedade de dimensões adicionais, tendente a repousar no fundo do vale, representa uma solução de corda estável (vácuo estável) na qual uma variedade tende a ficar lá por muito tempo.

Efeitos quânticos podem fazer com que uma variedade mude de estado o que significa a forma de como o universo poderia evoluir e essa mudança de vácuos não ocorre em todo o universo, mas em partes dele.

É nesses vácuos que universos se encontram e, conforme essa energia é que são ditadas as constantes do universo. A teoria das cordas é o que melhor explica o problema da afinação do universo.

Entretanto, aqui ninguém é ingênuo para dizer que uma teoria se firma por seu poder explicativo ou porque foi indiretamente evidenciada, como é o caso aqui, pela física-matemática.

Ela tem de ser testada e demonstrada que é algo falseável, como ocorre com tudo dentro do campo das ciências.

TEORIA DA GRAVIDADE QUÂNTICA EM LOOPING:

Há ainda a teoria da gravidade quântica em looping, a qual propõe que os estados quânticos do espaço permitidos estão relacionados a diagramas de linhas e de “nós” chamados de redes de spin.

O espaço-tempo quântico corresponde a diagramas similares chamados espumas de spin. Ou seja, esta teoria procura quantizar fenômenos físicos com base numa teoria de gravidade quântica, idealizada por meio da quantização do espaço-tempo também dada por via de uma teoria matemática denominada quantização em loop.

A gravidade quântica em loop preserva ideias importantes da teoria da relatividade geral, sendo que, ao mesmo tempo, emprega a quantização, tanto do espaço, como do tempo na escala de Planck, conforme a tradição da mecânica quântica.

Também não há dados empíricos que a corroborem.

Mas como a teoria das cordas e a teoria da gravidade quântica em loop se relacionam?
A origem do problema reside no fato de que um escalar micro, a teoria da relatividade geral não “fecha”. A Relatividade funciona para o muito grande, como a escalas planetárias, mas falha nas escalas subatômicas, onde a incerteza quântica prevalece.

Conseguimos quantizar todas as forças, menos, a força gravitacional! Aquela que a princípio devia ser a mais simples, até hoje, não apresenta, ainda, uma solução satisfatória. Ou seja, não conseguimos relacionar a Gravitação com a Mecânica Quântica.

Assim há duas escolas que buscam soluções para o problema:

A teoria das cordas alega que o motivo do problema de não linearidade das equações da teoria da relatividade geral e por isso os termos que ligariam a Gravitação com a Mecânica Quântica não se verificam.

A solução seria linearizar a equação de campo Einstein e então unir a Mecânica Quântica com a Gravidade.Essa teoria prevê a existência de cordas muito finas e a matéria e energia se manifestam de acordo com a frequência e o tamanho da corda envolvida. Como é de se esperar essa teoria está de acordo com a Mecânica Quântica.

A Teoria de Gravitação Quântica de Loop, estabelece que o problema consiste no fato de que a Equação de Schrodinger, é linear. Por isso deve-se acrescentar um termo de segunda ordem, não linear, a ela de modo que a gravidade seja considerada dentro da Mecânica Quântica. Isso uniria a Relatividade Geral e a Mecânica Quântica. Essa teoria prevê um espaço-tempo discreto e não contínuo.

Daí claramente se nota que há duas soluções opostas para um mesmo problema, sendo que ambas apresentam pontos positivos e negativos.

A origem do Big Bang é um estado matemático absurdo, e sem sentido quando descrito pela Relatividade Geral, pois o mostra como uma “singularidade” de volume zero e que, no entanto, contém densidade infinita e energia infinita.

A teoria da Gravidade Quântica em Loop mostra que quando se recua no tempo, as equações levam a um início para Universo com um volume mínimo diferente de zero e uma energia máxima que não é infinita.

A teoria até mesmo revela a existência de um Universo em contração antes do Big Bang ou Big Bounce, no qual o espaço-tempo apresenta uma geometria semelhante ao nosso Universo atual.

Para a teoria da gravidade quântica em loop, o espaço-tempo é um campo dinâmico e, portanto, um objeto quântico, e, como tal apresenta um comportamento discreto conforme o comportamento das partículas, que afetam a estrutura do espaço. Essa estrutura discreta se encontra no comprimento de Planck, as quais são as redes de spin, as quais representam os estados quânticos do espaço tempo.

A teoria da gravidade quântica em loop apresenta as seguintes versões:

A quantização canônica – procedimento que quantiza uma teoria clássica, enquanto tenta preservar a estrutura formal, tais como simetria da teoria clássica o mais extenso possível.

Equação de Wheeler–DeWitt que na forma covariante da formulação da espuma quântica, a dinâmica quântica é obtida por meio da soma de versões discretas do espaço-tempo ou espuma de spins. Dai é que veio a ideia de rede de spins.

Um teste idealizado para a gravidade quântica em loop se trata da evaporação de buracos negros (veja aqui)

Via simulação de Monte-carlo, é possível estimar circunstâncias em que se pode determinar assinaturas de uma gravidade quântica em loop e acerca da radiação de Hawking que se espera que os buracos negros emitam com ou sem a gravidade em loop.

É possível que com essas medições se encontre alguma discrepância dentro dessas escalas de energia.

Conclusão:

Embora tenhamos duas teorias científicas antagônicas cada qual com seus prós e contras, elas não são teorias que visam se estabelecer por default e apresentam argumentação testável, ao contrário de ideias como Designer inteligente (DI), que se seguem como argumentos de ignorância e, portanto, falaciosas.

O que posso constatar é que a proposta dos proponentes do DI e criacionistas em geral é desacreditar toda e qualquer teoria científica sob a alegação de que ela não é testável, embora existam modelos matemáticos que lhes deem suporte e mesmo alternativas de testabilidade.

Todavia, por parte deles, há um grande desejo de estabelecer uma hipótese que mais tem a ver com crença religiosa que com ciência de fato como alternativa default a toda teorização científica.

Referências

Abhay Ashtekar1,3,4. Jerzy Lewandowski2,1,3,4. Background Independent Quantum Gravity: A Status Report Class.Quant.Grav. 21 (2004)

Carlo Rovelli. Loop Quantum Gravity and Black Hole Physics. Department of Physics and Astronomy,University of Pittsburgh. 1996

T. Thiemann. Loop Quantum Gravity: An Inside View. Albert-Einstein-Institut, Am M¨uhlenberg 1, 14476 Potsdam, Germany. 2006

T. Thiemann. Lectures on Loop Quantum Gravity. ECT. NOTES PHYS. 2003

Escrito especialmente por Elyson Scafati

3 thoughts on “CONSTANTES DO UNIVERSO, UMA RESPOSTA NATURAL OPOSTA AO PRINCÍPIO ANTRÓPICO E AO ARGUMENTO DO DESIGN – Parte 5

  1. È mt simples inventar uma teoria que englobe e responde tudo que nao foi provado ate hoje. é mt simples fazer uma prova quando ja se sabe as perguntas que irao cair.

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