Teoria de Cordas

Um dos maiores sonhos dos físicos, para muitos deles mesmo o maior, consiste em encontrar as quatro forças fundamentais unificadas (forças gravítica, electromagnética, nuclear fraca e nuclear forte). Tal unificação é muitas vezes denominada de Theory of Everything, TOE. Pretende-se em última análise unificar a relatividade geral e a mecânica quântica, já que as outras forças já se encontram unificadas. Uma das teorias concorrentes mais conhecidas é a Teoria de cordas.

As tentativas de chegar à TOE começaram ainda na primeira metade do século XX. Em 1919, o polaco Theodor Kaluza partiu das equações da relatividade geral e, desprezando as massas e expandindo o problema a cinco dimensões (quatro espaciais e uma temporal), unificou os campos gravitacional e electromagnético. Porém, para chegar a este resultado, teve de anular arbitrariamente a dependência da quinta dimensão durante a demonstração. Ora, se uma quinta dimensão não observável já levantava questões, o desaparecimento dela no decorrer da demonstração foi o argumento final que levou a que esta teoria fosse ignorada pela comunidade científica.

Em 1926, Oskar Klein resolveu o problema de Kaluza, propondo que uma das cinco dimensões se dobrava sobre si própria, deixando de poder ser observada, sendo o raio de curvatura da ordem dos 10^−35 m. Apesar de resolver certas questões em aberto (como a quantificação da carga), esta rectificação previa a existência de novas partículas de massas tão grandes (da ordem da massa de Planck), que estava excluída a sua criação e, por isso, a sua observação.

Na década de 40, as diferenças significativas entre os momentos magnéticos dos protões ou neutrões e dos electrões levantaram algumas dúvidas sobre o carácter pontual das partículas positiva e neutra do núcleo. Em 1943, Werner Heisenberg propõe que os protões e os neutrões sejam objectos extensos.

Numa época em que a mecânica quântica estava em plena expansão, estas ideias caíram em (quase) total esquecimento. Em 1968, Gabriele Veneziano observou um estranho fenómeno: grande parte das propriedades da força nuclear forte eram descritas pela função beta de Euler, uma fórmula, pouco conhecida, que tinha sido escrita pelo matemático Leonhard Euler, 200 anos antes. Tal descoberta chamou a atenção da comunidade científica, destacando-se três físicos (Yoichiro Nambu, Holger Nielsen e Leonard Susskind) que demonstraram que as partículas elementares, consideradas como cordas, objectos a uma dimensão, e não como pontos, eram perfeitamente descritas pela função beta de Euler. Nasceu assim a Teoria de Cordas.

No início da década de 70, várias experiências levaram a resultados bastante díspares das previsões efectuadas pela nova teoria. O principal problema surgiu em padrões vibracionais que eram previstos pela teoria, mas não observados experimentalmente. Este problema foi rapidamente resolvido, tendo-se verificado que estes padrões em excesso correspondiam aos gravitões, que já tinham sido teoricamente previstos. Porém, esta descoberta não foi devidamente aceite pela comunidade científica, surgindo grande discórdia entre os apoiantes da Teoria de Cordas e os defensores das teorias das partículas pontuais. Assim, mais uma vez, a teoria caiu no esquecimento.

Foi também no início da década de 70 que surgiu a ideia da supersimetria, segundo a qual há simetria entre bosões e fermiões. Esta ideia surgiu em dois contextos: na Teoria de Campos que descerve partículas pontuais e na Teoria de Cordas, em consequência da introdução dos fermiões. Surgiu aqui uma ponte entre duas teorias tidas então como opostas.

Em 1980, Michael Green e John Schwarz ligaram melhor a Teoria de Cordas e a Mecânica Quântica, demonstrando que a Teoria de Cordas abrange as quatro forças fundamentais e toda a matéria existente. Nasceu então a Teoria das Supercordas, que junta a Teoria das Cordas e a Supersimetria. Iniciou-se a 1.ª Revolução das Supercordas, tendo sido, entre 1984 e 1986, publicados centenas de trabalhos sobre este tema. Segundo a nova teoria, as partículas passaram a ser vistas como pequenas cordas a vibrar em vez de serem pontos. Foi nesta altura que a Teoria de Cordas passou a ser aceite por numerosos físicos como uma teoria capaz de fazer a grande unificação. O problema principal associado à Teoria de Cordas, que ainda hoje é a razão de algum do seu descrédito, é a necessidade de espaços a 10 dimensões para os fermiões e a 26 dimensões para os bosões.

Havendo uma ligação entre a Mecânica Quântica e a Teoria de Cordas, redobravam-se os esforços para reforçar a teoria, em particular ligando a Teoria das Cordas com a Teoria dos Quarks. Pensou-se que os quarks podiam ser as extremidades das cordas, surgindo assim uma possível razão para que os quarks não fossem observados isoladamente: tal como acontece nos ímanes, ao quebrar uma corda ter-se-iam duas cordas, com dois quarks cada nas extremidades.

Em 1994 iniciou-se a 2.ª Revolução das Supercordas (que durou até 1997), que foi desencadeada pela descoberta de Edward Witten de que as várias versões da Teoria das Supercordas consistiam afinal de diferentes limites de uma nova teoria a 11 dimensões, a Teoria M. Joseph Polchinski descobriu que esta teoria requer objectos com mais dimensões, os chamados D-branes, que abriram caminho para a construção de novos modelos cosmológicos.

Nos dias de hoje, posseguem intensivamente os estudos sobre este tema. Estão mais direccionados para a verificação experimental, para a procura e rectificação de falhas na simetria e para o aperfeiçoamento de alguns aspectos geométricos da teoria. Tendo em conta a rapidez com que estes estudos têm surgido, poderá estar para breve uma Teoria de Grande Unificação. A acreditar nalguns especialistas o século XXI  será o século da TOE.

Sandra Fernandes