Teoria das Cordas

«Os teóricos das partículas estão actualmente preocupados com cordas e não com partículas. Dizem-nos que o mundo não é, afinal de contas, constituído de minúsculas entidades semelhantes a pontos ou bolas de bilhar em miniatura, mas unidades unidimensionais que fazem arcos à escala de Planck, com 10^-33cm de diâmetro, cerca de 10²⁰vezes mais pequenas do que um núcleo atómico. A escala em que estas cordas está para o átomo assim como o átomo está para o Sistema Solar.

A característica fundamental destas cordas é que elas não são consideradas unidimensionais no sentido comum do termo. Pelo contrário, envolvem oscilações em mais dimensões do que as três dimensões de espaço e uma de tempo que costumamos usar. Estas dimensões “extra”, embora essenciais para determinar as propriedades das cordas, estão ocultas da vista pela compactificação.

O exemplo usual de compactificação é imaginar uma mangueira vista de longe. Parece uma linha unidimensional. Mas, se observarmos de mais erto, veremos que é feita de uma folha bidimensional (que pode ondular de maneiras interessantes) que envolve a terceira dimensão. O mesmo truque pode ser usado matematicamente com qualquer número e dimensões, encolhendo-as e deixando visíveis apenas as conhecidas quatro dimensões.

Na teoria das cordas não há partículas diferentes, apenas estes minúsculos arcos de corda (que envolvem dez ou mais dimensões) vibrando de maneira diferentes. Tal como nós podemos tocar notas diferentes numa única corda de violino, fazendo-a vibrar de maneiras diferentes, uma espécie de vibrações de cordas deve corresponder a um electrão, outra a um quark, outra a um fotão, etc.

Então, em meados da década de 1990, surgiram as membranas (muitas vezes referida como a teoria M). Que aconteceria, se as cordas tivessem sido realmente enroladas a partir de uma falha ou membrana? A dimensão extra é imediatamente enrolada, pelo que a membrana se comporta de dez dimensões da teoria das cordas considerada até então teoria-padrão. A ideia é tomada a sério, porque a teoria M oferece um pacote único para descrever todas as forças e partículas da natureza. Anteriormente, havia várias versões diferentes da teoria das cordas, mas verifica-se que são todas manifestações de uma só teoria M. Uma grande recompensa pelo pequeno preço de acrescentar apenas mais uma dimensão à história.

Universo

«Tempo virá em que a investigação diligente, cobrindo longos períodos, esclarecerá coisas que hoje estão escondidas. O tempo de uma vida, mesmo que totalmente dedicado ao estudo do céu, não seria suficiente para a investigação de tão vasto tema [...] Por isso, esse conhecimento terá de desenvolver-se ao longo das gerações sucessivas. Tempo virá em que os nossos descendentes se surpreenderão por não sabermos coisas que são tão óbvias para eles [...] Muitas descobertas estão reservadas às gerações vindouras, quando a lembrança da nossa existência já estiver apagada. O nosso universo seria uma coisa insignificante se não houvesse nele algo a ser investigado por todas as gerações que vão surgindo [...)

A natureza não revela os seus mistérios de uma só vez.»

Séneca, Questões Naturais, livro 7, século I)

«Parece ser muito fácil cairmos nos mesmos erros das gerações anteriores e presumirmos que a nossa visão do Universo constitui a verdadeira e última explicação. No seu tempo, tanto o modelo do universo ptolomaico como o newtoniano pareciam incontestavelmente certos. Comparado com eles, o modelo do Big Bang ainda está na sua infância.»

O Universo de Stephen Hawking, pag.250, Edições Alfa

O que é o Universo?

Segundo o dicionário, é "o conjunto de tudo quanto existe, como um todo; conjunto formado pelo espaço com todos os astros; cosmos" - Infopédia

Para se compreender melhor a definição do que é o Universo há que compreender que é a totalidade do espaço, do tempo e de todas as formas de matéria e energia e de leis da física. No entanto, esta é uma forma, defendida por muitos, como somente o "espaço em expansão como o conhecemos". Isto porque há diversas teorias que sustentam a existência de multiversos, como demonstra a Física Quântica.

Espaço - Tempo

«Nada me intriga mais do que o tempo e o espaço. E, no entanto, nada me intriga menos do que o tempo e o espaço, porque nunca penso neles.»

                                                                            Charles Lamb, ensaísta

«Quem, como eu, adoptar a filosofia positivista não pode dizer o que é o tempo: apenas poderá descrever o que se revelou ser um modelo matemático muito bom do tempo e quais as previsões que faz.»    

Stephen Hawking, O Universo Numa Casca de Noz

Breves noções

Pode-se definir o espaço-tempo como o sistema de coordenadas utilizadas como base para o estudo da relatividade especial e relatividade geral.

O tempo e o espaço tridimensionais são concebidos em conjunto como uma única variedade de quatro dimensões.

Na relatividade geral o espaço-tempo é uma rede de relações em evolução.     

Os acontecimentos com um intervalo de espaço-tempo zero são apenas separados pela propagação de cones de luz/sinal luminosa.  Os acontecimentos com um intervalo de espaço-tempo positivo situam-se no seu futuro ou passado recíproco, sendo o valor do  intervalo definido pelo tempo próprio medido por um observador viajado entre eles.

A física mostra que a seta do tempo aponta geralmente no sentido da desordem, a entropia.

A seta do tempo:

• é irreversível;
• há elementos que escapam à seta do tempo:

1. a duração de vida dos protões é 10²⁰ vezes superior à do universo;
2. a gravitação é insensível à seta do tempo, o mesmo se passa com as outras grandes forças, como a que comanda a coesão dos átomos ou a que comanda os fenómenos eléctricos.

Não existe um padrão absoluto de tempo, existem tantos sistemas de contar o tempo quanto o número de objectos em movimento uniforme.

Multiverso

Para se ter uma ideia do que é a Teoria M (não se sabe de onde vem o M) é preciso ter em conta que esta teoria engloba toda uma família inteira de teorias, que se definem por defenderem:

• o universo observável não é o único;
• um grande número de universos foi criado a partir do nada;
• os múltiplos universos derivam das leis da física;
• cada universo tem muitos estados possíveis.

O conceito de multiverso tem raízes na moderna Cosmologia e na Teoria Quântica e engloba várias ideias da Teoria da Relatividade, de modo que pode ser possível a existência de inúmeros Universos onde acontecem todas as probabilidades quânticas de eventos, isto é, trata-se da teoria que defende a possibilidade de haver múltiplos universos, incluindo o Universo Histórico em que vivemos, que juntamente com os outros, compreendem tudo o que existe e o que pode existir, todo o espaço, tempo, matéria e energia, assim como as leis da física e constantes que as descrevem.

O termo foi dado, em 1895, pelo psicólogo e filósofo americano William James.

Os diversos universos incluídos no multiverso são, às vezes, chamados de universos paralelos.

A estrutura do multiverso, a natureza de cada universo e a relação entre eles, depende da hipótese específica do multiverso .

Os multiversos têm sido teorizados na cosmologia, na física, na astronomia, na religião, na filosofia, na psicologia transpessoal e na ficção, em particular na ficção científica e fantasia.

Teoria do Big Bang

Hoje pensa-se que estamos num Universo em expansão contínua, no entanto durante dois mil anos acreditou-se na teoria estática de Aristóteles. O Universo seria estático, invariável no tempo, eternamente o mesmo. Mas Hubble vem a contradizer esta teoria, demonstrando que as galáxias encontravam-se a afastar-se umas das outras.

O Universo estava em evolução.

Esta demonstração veio a resolver o problema que a  Albert Einstein havia causado tanto desgosto e que o havia obrigado a distorcer os seus próprios cálculos de forma a que o universo continuasse imutável.

Uma das conclusões que o afastamento das galáxias impôs foi uma das propriedades fundamentais do universo: a densidade da matéria cósmica, não é, pois constante - diminui. Com o decorrer das eras, o cosmos rarefaz-se.

A resistência de um universo em mudança (já sentida anteriormente por Einstein) foi sentida, igualmente, pelo próprio Edwin Hubble, entre outros. Foram, então,  apresentadas várias hipóteses em alternativa. Os franceses Jean-Claude Pecker e Jean-Pierre Vigier, propuseram a teoria da «fadiga de luz». Segundo esta teoria, no seu longo périplo os fotões perderiam energia.

No entanto, as evidências foram fortes  demais e surgiu uma nova teoria, interpretada no quadro da relatividade geral - o big bang.

Os seus fundadores são Alexander Friedman, Georges Lamaître e George Gamow.

Em 1922 Friedman demonstra que as equações de Einstein permitem a descrição de um universo em evolução. Em 1927 o abade Georges Lemaître vê nas observações de Hubble a prova da dinâmica do Universo.

Ciência - algumas medidas

Medida	Símb	Nome	Símb	Definição
comprimento	l, L	metro	m	o metro é o comprimento do trajecto percorrido pela luz, no vazio, durante um intervalo de tempo 1/299 792 458 do segundo.
massa	m	quilograma	kg	o quilograma é a massa do protótipo internacional do quilograma.
tempo	t	segundo	s	o segundo é a duração de 9 192 631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo césio 133.
temperatura termodinâmica	T	kelvin	K	o kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, é a fracção 1/273,16 da temperatura do ponto triplo da água.  Kelvin T/K Celsius T/ºC Fahrenheit T/ºF 373 K 100 ºC     212 ºF 273 K     0 ºC 32 ºF 0 K -273 ºC -460 ºF
corrente elétrica	I	ampere	A	O ampere é a intensidade de uma corrente constante que, mantida em dois condutores paralelos, rectilíneos, de comprimento infinito, de secção circular desprezável e colocados à distância de 1 metro um do outro, no vazio, produziria entre estes condutores uma força igual a 2 x 10-7 N por metro de comprimento.
Quantidade de matéria	n	mole	mol	A mole é a quantidade da matéria de um sistema contendo tantas entidades elementares quanto os átomos que existem em 0,012 kg de carbono 12. Quando se utiliza a mole, as entidades elementares devem ser especificadas e podem ser átomos, iões, electrões, outras partículas ou agrupamentos especificados de tais partículas.
intensidade luminosa	lv	candela	cd	A candela é a intensidade luminosa, numa direcção dada, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de frequência 540 x 1012 Hz e cuja intensidade nessa direcção é 1/683 W sr-1

	Unidade	Sol	Terra	Lua
massa	kg	1,99 x 1030	5,98 x 2024	7,36 x 1022
raio médio	m	6,96 x 108	6,37 x 106	1,74 x 106
densidade média	kg m-3	1410	5520	3340
período de rotação		37 d (pólos) 26 d (equador)	23 h 56 min	27,3 d
aceleração da gravidade (valor médio à superfície)	m s-2	274	9,81	1,62

Algumas distâncias da Terra
à Lua (distãncia média)	3,82 x108m
ao Sol (distância média)	1,50 x 1011m
à estrela mais próxima (Próxima Centauro)	4,04 x 1016m
ao centro da Galáxia	2,2 x 1020m
à galáxia Andrómeda	2,1 x 1022m
ao limite do Universo observável	c. 1026m

Para medir as distâncias entre as estrelas, recorrem-se a unidades mais convenientes: o ano-luz (a.l.) e o parserc (pc)

1 ano-luz é a distância que a luz percorre num ano.

A luz percorre cerca de 300 000 Km em cada segundo (3 x 108 m s^-1)

Unidade astronómica (UA)	Ano-luz (a.l.)	Parsec (pc)	Metro (m)
1,00 UA	1,60 x 10-5 a.l.	4,9 x 10-6 pc	1,5 x 1011 m
6,31 x 104 UA	1,00 a.l.	0,31 pc	9,47 x 1015 m
2,06 x 105 UA	3,26 a.l.	1,00 pc	3,09 x 1016m

Alguns dados relativamente aos planetas do Sistema Solar e Plutão

Planeta	Distância Média ao Sol	Período de revolução	Massa	Raio Equatorial	Aceleração da gravidade (valor médio à superfície)	Período da rotação
Mercúrio	57,9 x 106 km	0,241 ano	0,33 x 1024 kg	2439 km	0,38 g	58,6 dia
Vénus	108 x 106 km	0,615 ano	4,87 x 1024 kg	6052 km	0,91 g	243 dia
Terra	150 x 106 km	1,00 ano	5,98 x 1024 kg	6378 km	1,00 g	0,997 dia
Marte	228 x 106 km	1,88 ano	0,642 x 1024 kg	3397 km	0,38 g	1,026 dia
Júpiter	778 x 106 km	11,9 ano	1900 x 1024kg	71 397 km	2,53 g	0,41 dia
Saturno	1430 x 106 km	29,5 ano	567 x 1024 kg	60 000 km	1,07 g	0,43 dia
Urano	2870 x 106 km	84,0 ano	87,0 x 1024 kg	25 400 km	0,92 g	0,65 dia
Neptuno	4500 x 106 km	165 ano	103 x 1024 kg	24  300 km	1,19 g	0,77 dia
Plutão	5890 x 106 km	248 ano	0,015 x 1024 kg	1500 km	0,045 g	6,39 dia

Aqui poderá encontrar uma breve apresentação de alguns dos objectos estelares:

Objectos Estelares