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Uma Introdução a Teoria das Supercordas – Parte 1

O Universo ao seu alcance — By on outubro 11, 2011 at 21:03

Atualmente, não podemos mais definir o átomo como sendo o constituinte fundamental da matéria como antigamente se imaginava, pois ele consiste de um núcleo que compreende as partículas dos prótons e dos nêutrons e de um enxame de elétrons orbitando este núcleo. Ou seja, o átomo não é mais indivisível.

Um Próton pode ser definido como sendo uma partícula com carga positiva encontrada no núcleo de um átomo. Já um nêutron, é uma partícula também encontrada tipicamente no núcleo de um átomo, mas que se encontra eletricamente neutra. Um elétron pode ser descrito como sendo uma partícula fundamental encontrada geralmente orbitando o núcleo de um átomo e que possui carga negativa. O elétron é muito menor em tamanho e massa do que os prótons e os nêutrons.
Antigamente acreditava-se que os prótons, nêutrons e elétrons fossem as menores partículas encontradas no Universo.
Hoje sabemos que prótons e os nêutrons são compostos por 3 quarks cada um. Os quarks são partículas que agem apenas na força nuclear forte que se encontra nos núcleos atômicos. Esses quarks encontram-se divididos em seis variedades (up, down, charm, strange, top e botton) e três cores (vermelho, verde e azul). Claro que as cores e suas variedades, são apenas nomes referenciais para diferenciar um do outro de acordo com suas características físicas.

Um próton é formado por três quarks: sendo, dois quarks up e um quark down (uud).
Já um nêutron, também é formado por três quarks: sendo, dois quarks down e um quark up (udd).

Esta combinação dos quarks é que origina as partículas diferenciadas. Mas, a pergunta que sempre se faz é: Seriam os quarks as menores partículas existentes no Universo?

Segundo a Teoria das Supercordas, não!

Essa Teoria nos diz que as menores partículas existentes não podem ser pontuais como pensávamos que deveriam ser, mas sim, cordas!

Essas cordas é que dariam origem aos quarks de acordo com seus movimentos vibracionais e exatamente esses movimentos vibracionais variados é que dariam origem a diferentes partículas.

Uma analogia clássica é imaginar essas cordas como sendo as cordas de um violino emitindo notas musicais de acordo com sua vibração. Para cada nota há uma vibração especifica. No mundo microscópico das cordas da Teoria das Supercordas, seriam vibrações específicas para formar as diferentes partículas fundamentais, as que hoje são conhecidas e as que ainda não são conhecidas, pois a Teoria das Supercordas prevê matematicamente a existência de outras partículas que ainda não as detectamos pelo Universo e muito menos em nossos aceleradores de partículas aqui na Terra.

Uma dessas partículas ainda não detectadas seriam os Grávitons, que são os quanta da Força da Gravidade – Os mensageiros gravitacionais!

Como já vimos, as menores partículas existentes no Universo não podem ser pontuais como sempre imaginamos. Segundo a Teoria das Cordas, elas são um tipo de cordas estendidas ou fechadas. Através de sua vibração é que se formam todas as partículas que existem hoje dentro das 4 Forças Fundamentais. A Teoria das Cordas junto com Super-Simetria, e a Gravidade Quântica (Super Gravidade), formam a chamada Teoria das Super-Cordas!

Vejamos como está hoje o panorama das 4 Forças Fundamentais e suas áreas de atuação, além de vermos também quais são as partículas mensageiras, ou os quanta de cada uma dessas forças.

O quadro a seguir nos mostra as 4 Forças e suas características principais:

  Força Nuclear Forte Força Nuclear Fraca Força Eletromagnética Gravidade
Partícula Mensageira (1 quanta da força) Glúon W + W – Z° Fóton Graviton (ainda não detectado)
Área de Atuação Quarks e Glúons Quarks, elétrons e Neutrinos Quarks e partículas mensageiras da força nuclear fraca Todas

Este quadro está bem simplificado, mas nos dá uma idéia geral sobre como agem essas 4 Forças Fundamentais. Percebe-se que a Gravidade se destaca, além de agir em todas as áreas, sua partícula mensageira, o Gráviton, ainda não pode ser detectado. Se eles não existirem, a Teoria das Supercordas está comprometida seriamente!

Calcula-se, que nos próximos 30 anos, ainda não teremos tecnologia suficiente para comprovarmos a Teoria das Supercordas.

Saindo do domínio das 4 Forças Fundamentais (se é que isso seja possível), vamos penetrar um pouco mais no mundo fascinante das Cordas.

Sabe-se pela previsão da Teoria das Cordas que, através das vibrações que podem ocorrer em sentidos diferentes, elas acabam por formar um mundo chamado de “zoológico quântico”.
Trata-se de uma analogia ao mundo da Biodiversidade. A tensão de cada corda é que define sua energia e conseqüentemente, qual partícula fundamental dará origem.

Observamos a seguir, alguns dos tipos de vibração previstos pela Teoria das Cordas:

Podemos concluir que, teremos sempre uma gama muito grande de possibilidades de origem de partículas fundamentais diferentes, pois as vibrações podem ocorrer de várias maneiras. Aqui a comparação com as notas musicais emitidas pelas cordas de um violino, fica bem colocada.

A tensão das cordas do violino define suas notas. A tensão nas cordas da Teoria das Cordas, define suas partículas fundamentais.

A grande questão da Teoria das Cordas unida à da Supergravidade, é que ela funciona em um Universo de dimensões adicionais. Isto quer dizer que, para existirem as cordas, temos de ter um espaço com mais dimensões do que conhecemos hoje. Estão previstas, pelo menos, 11 dimensões nesta Teoria.

A pergunta é: Onde estariam essas dimensões adicionais de espaço?
Seriam dimensões recurvadas para dentro das 3 dimensões espaciais que conhecemos (altura, comprimento e largura), ou seja, muito pequenas para serem detectadas hoje. Matematicamente, elas existem, mas, nosso cérebro não consegue sequer fazer qualquer idéia de como seria um espaço com essas dimensões extras.

Onde conseguir encaixá-las?

Como na Teoria das Supercordas se admite dimensões adicionais de espaço, precisamos entender onde encontrar tais dimensões e como elas seriam apresentadas as nossas compreensões. Temos de imaginar, uma situação bem simples de nosso cotidiano, para podermos entender a existência de dimensões extras de espaço.

Por exemplo:

Imagine um fio esticado. Você pode caminhar sobre esse fio apenas para frente e para trás. Podemos definir esse fio como um objeto Unidimensional.
Agora, imagine que existe uma formiguinha caminhando neste mesmo fio. Ela pode se mover para frente e para trás, mas também pode se mover para direita e para esquerda desse fio. Para esta formiguinha, o fio é Bidimensional, pois possui duas dimensões.
Vamos um pouco mais além… Neste momento, pousa uma pequena mosca sobre o fio. Ela repete os movimentos da formiguinha, mas, possui a qualidade de voar, ou seja, ela pode se mover também para cima e para baixo do fio. Esta mosca se move num espaço Tridimensional em relação ao mesmo fio que nós podemos nos mover apenas para frente e para trás!

Apesar de bem simples, esta idéia do fio Unidimensional, nos mostra a gama de possibilidades de dimensões extras que não percebemos a nossa volta.

As prováveis dimensões adicionais de espaço, caso realmente existam, estão enroladas dentro de um Cubo Tridimensional e são muito pequenas.
Acredita-se que nos próximos anos, poderemos tentar comprovar a existência de alguma dessas dimensões extras através da Força da Gravidade.
Sendo esta Força, a única força que atua em todas as regiões do Universo, acredita-se que seja através de variações na Gravidade que poderemos detectar essas pequenas dimensões.

CONTINUA

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8 Comments

  1. Hugo Morgado disse:

    Gostaria muito que o autor enviasse o texto completo para o meu e-mail, pois esse tema me interessa muito.
    Grato,
    Hugo Morgado.

    [Responder]

    Gustavo José Moretti Resposta:

    Caro Hugo, agradecemos pelo seu contato.
    A segunda parte (final) do texto “Uma Introdução a Teoria das Supercordas” já foi publicado e você poderá acessá-lo aqui.

    [Responder]

    Prof. Emerson Perez Resposta:

    ola hugo
    voce conseguiu pegar o texto todo? qualquer coisa me avisa te envio no teu email.

    [Responder]

  2. Genaldo Vargas disse:

    Muito interessante o assunto. Estou muito interessado em Astronomia, mas fiz o caminho inverso. Comprei primeiro um Telescópio 150mm Toya, montei-o, mas não sei configurar. Não consigo ver nem a lua cheia….Onde poderia conseguir informações e ajuda? Moro atualmente em Salvador/Bahia.
    Grato

    [Responder]

    Prof. Emerson Perez Resposta:

    tente usa-lo durante o dia para treinar o foco e localização , ai vc tenta observar a lua em fase crescente para visualizar melhor as crateras, pois lua cheia nao se observa detalhes das crateras…ok?qualquer coisa da um toque.

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  3. Julio disse:

    ótimo artigo, pois é simples cativante e facil de entender

    [Responder]

  4. Julio disse:

    considerando a analogia com o violino onde as cordas tensionadas geram diferentes notas, as cordas do mundo quantico geram da mesma forma diferentes tipos de Quarks, neste caso o que tensionaria estas cordas a ponto de gerar diferentes quarks?

    [Responder]

  5. Jonas disse:

    Artigo interessantíssimo.
    Mas, tem algo que gostaria de saber: “existe a possibilidade de que tenha havido não hum, mas dois BigBang. Sendo que um deles foi o primordial, o outro, numa escala muito menor originou-se a partir dos restos remanescentes de primeiro Bigbang, muito provavelmente da única partícula de matéria que sobrou após a “guerra” das primeiras partículas que se formaram após os primeiros instantes de esfriamento, ou seja, matéria e anti-matéria. E que por infortúnio de nossa parte, detectamos apenas as ondas de pico desses ecos formados a partir desse segundo Bigbang?

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