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Segundas dimensões

Não é ficção: talvez o mundo tenha mesmo outras dimensões ocultas, que podem esconder uma grande surpresa.

É a clássica história de terror: um monstro salta de outra dimensão para sequestrar a pobre menininha. Quantas vezes esse enredo não foi reciclado na literatura e na TV? Ninguém pode negar que a premissa parece fantástica demais. Mas, segundo muitos físicos, talvez seja tudo verdade – talvez existam mesmo outras dimensões, com Universos inteiros escondidos dentro delas. Parece loucura? Os cientistas são os primeiros a admitir que sim. Isso porque, segundo eles, estamos falando de uma física do futuro, que foi deduzida “por acidente” no século 20.

A história começa com – adivinhe – Albert Einstein. O físico alemão tentava bolar uma teoria que explicasse a força eletromagnética e a gravidade numa tacada só. Einstein queria unificar o reino da física quântica, onde moram as explicações para o eletromagnetismo, e o da relatividade geral, que mostra como a gravitação funciona. Mas as duas teimavam (e ainda teimam) em mostrar que não têm nada a ver uma com a outra. A ideia de juntá-las numa única teoria, num único cenário, parecia impossível. E toda a comunidade científica dizia que Einstein estava perdendo tempo…

Toda? Não. Theodor Kaluza, um outro físico alemão, socorreu Albert com uma teoria estranha. Em 1919 mandou-lhe algumas folhas cheias de contas. Eram equações mostrando que dava, sim, para explicar que o eletromagnetismo e a gravidade eram faces diferentes da mesma moeda. Mas com uma condição: apenas se essas forças existissem num Universo com quatro dimensões de espaço, em vez de três. Mas espera aí: como assim quatro dimensões? Bom, viver num espaço 3D, que nem este aqui à sua volta, significa ter como se mover em três direções independentes: direita/esquerda, para cima/para baixo e para a frente/para trás. Qualquer movimento que você fizer será nada mais do que uma combinação entre essas direções.

Mais: as pessoas geralmente precisam de três informações para achar alguém num espaço tridimensional. Na hora de marcar um encontro, por exemplo, você pode dizer que estará na rua tal (dimensão direita/esquerda), número tal (dimensão para a frente/para trás), andar tal (para cima/para baixo). E ainda precisa dar uma quarta dica para não levar bolo: o horário do encontro. Pronto: com três dimensões de espaço e uma de tempo qualquer um acha você. Mas num espaço 4D não. Ele vem com uma direção a mais, e que não é nenhuma das que a gente conhece. Duro de imaginar. Mas não impossível.

Se desse para andar numa dimensão extra, poderíamos chegar a qualquer ponto do nosso mundo 3D por atalhos inusitados. É como se a quarta dimensão tivesse o poder de retorcer o nosso espaço: ela criaria ligações impossíveis entre pontos distantes. Paris, Plutão ou a galáxia de Andrômeda poderiam estar a um passo daqui. Como? Um pouco de exercício mental ajuda a visualizar isso. Imagine um livro que tenha páginas bidimensionais, com largura e comprimento, mas sem espessura nenhuma. Um livro assim poderia conter um número infinito de páginas e continuar fininho. Do mesmo jeito, uma caixa de fósforos com quatro dimensões poderia abrigar uma quantidade infinita de objetos 3D, como o seu corpo e a galáxia de Andrômeda. Uma quarta dimensão abre mais espaço entre o céu e a terra do que sonha qualquer filosofia.

E também do que sonhava a matemática. Kaluza inventou sua dimensão extra porque isso lhe permitiria bolar equações extras para unificar as forças. Na física, novas fórmulas brotam naturalmente quando um cientista imagina uma nova realidade. “Assim ele descobriu algo extraordinário: essas novas equações que surgiam para explicar a gravidade num mundo de quatro dimensões eram nada menos que as fórmulas criadas para descrever o eletromagnetismo”, escreveu o físico americano Brian Greene, professor da Universidade Columbia, em seu livro O Tecido do Cosmos. Quer dizer: num mundo 4D, pelo menos em teoria, até duas forças que parecem não ter nada a ver uma com a outra podem se transformar na mesma coisa.

Mas a ideia de uma dimensão que está aqui, bem na nossa cara, e mesmo assim continua invisível não agradava aos cientistas. Então um físico sueco chamado Oskar Klein resolveu dar um jeito na situação. E, em 1926, sugeriu que não dava para ver essa outra dimensão por um motivo simples: ela estaria escondida no mundo ultramicroscópico, enrolada em si mesma, como se fosse um canudinho.

 (NPavelN/iStock)

Assim: se você olha um canudo de longe, ele parece fino a ponto de ocupar só uma dimensão de espaço (esquerda/direita), como se não tivesse espessura. Agora imagine uma formiguinha andando ali em cima. Do ponto de vista dela, há mais direções para se mexer do que de um lado para o outro. O bicho, afinal, é pequeno o bastante para andar também pela circunferência do canudo. Mas, para quem olha de longe, é como se a formiga caminhasse por uma dimensão invisível. Com a quarta dimensão seria a mesma coisa. Só que ela existiria num espaço realmente pequeno, com raio de 10-33 centímetro, ou 1 milionésimo de bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de centímetro. Tentar vê-la seria como medir a espessura de um canudo na superfície da Lua – sem telescópio. Mesmo assim, foi essa versão que pegou. E a teoria virou uma favorita de Einstein em seus últimos anos de vida. Com a morte do físico, em 1955, foi-se quase todo o interesse pela ideia. Só que o mundo real estava prestes a ficar bem mais complexo.

Os novos átomos

Enquanto Einstein se debatia buscando a unificação das forças, cientistas mais jovens cavucavam o terreno pedregoso da física quântica, que descreve o mundo infinitesimal dos átomos. E acabaram descobrindo outras além da gravidade e do eletromagnetismo. A mais importante é a força nuclear forte, a supercola que mantém as partículas do núcleo atômico unidas. Além disso, ainda descobriram várias partículas novas e misteriosas. Com tanto trabalho pela frente depois desses achados, ninguém mais queria saber dessa história de dimensões extras, de unificar forças…

Só que um grupo de cientistas chegou, remou contra a maré e, no começo dos anos 70, acabou dando vida nova ao sonho do alemão. Esse pessoal, liderado por jovens físicos como os americanos Leonard Susskind e John Schwarz, resolveu que o melhor jeito de unificar a física quântica e a relatividade era ver se todas as forças poderiam ter uma natureza comum. Checar se todas vinham de um mesmo “ancestral”. Para entender isso direito, vamos dar uma pausa.

A essa altura, a física quântica já tinha descrito os componentes fundamentais de quase tudo. Viu que boa parte da matéria conhecida é feita de apenas dois componentes: os quarks, que compõem o núcleo atômico, e os elétrons, que orbitam em volta deles. Mostrou também que as forças, como o eletromagnetismo, são feitas de partículas, que funcionam como “átomos” de energia. As da nuclear forte, por exemplo, receberam o nome de glúons. As do eletromagnetismo, fótons. E a gravidade ficaria a cargo dos grávitons. Isso é praticamente tudo o que existe no Universo. Essas cinco coisas formam dos seus dentes à luz do Sol, das ondas da telefonia celular aos celulares propriamente ditos.

Mas e aí? Essas partículas elementares são feitas, elas mesmas, de alguma coisa? De onde vieram as danadas? Nem queira perguntar isso a um físico quântico. Ele vai dizer que elas são o que são. E pronto. Mas aquele povo que tentava retomar as ideias de Einstein apareceu com uma resposta menos broxante: do mesmo jeito que seu corpo, um parafuso ou uma estrela são feitos de quarks e elétrons idênticos, as partículas fundamentais também teriam “miniátomos” dentro delas.

E concluíram: tanto as forças da natureza como a própria matéria, ou seja, tudo seria feito de pequenas cordas vibrantes. Pequenas mesmo: mil quintilhões de vezes menor que um núcleo atômico. Quer dizer: se você esticasse o centro de um átomo até o diâmetro do Sistema Solar, essa corda apareceria com o tamanho de uma árvore. Para ver uma coisa tão diminuta, você precisa de um “microscópio” bem grande: um acelerador de partículas do tamanho da Via Láctea. Má notícia.

Só que isso não desmotivou os defensores da ideia. E a teoria ficou cada vez mais popular, inclusive entre os leigos. Muito disso por uma razão especial: as cordas trazem de volta para a ciência a magia das dimensões extras de Kaluza e Klein. Hora de mergulhar nesse mundão de novo.

Dimensões escondidas

Para começar a viagem, esqueça os quarks, fótons, glúons… Lembre-se de que, segundo a teoria de Susskind, Schwarz e cia., as partículas que formam o coração de toda a matéria e energia do Universo não existem. Ponto. Se desse para olhar bem no fundo, você veria que cada uma delas é feita de uma única cordinha que sacode sem parar. Mas de jeitos diferentes. Se uma corda vibra num “tom” específico, ela aparece aos nossos olhos como um quark. Se toca em outra toada, surge com a forma de um elétron. Mais outra e temos um gráviton. As partículas fundamentais, enfim, seriam apenas a forma como nossos sentidos percebem a sinfonia das cordas, os verdadeiros átomos do Universo.

E essa música não poderia existir sem a ideia das dimensões extras. Por um motivo simples. Imagine uma corda de violão esticada em cima de uma mesa. Só daria para ela vibrar em duas dimensões (esquerda/direta, para a frente/para trás), certo? Então o som não ficaria lá essas coisas. Mas aí, se você tira a corda da mesa para que ela vibre livremente em três dimensões, o timbre melhora. Mas e se desse para liberar mais do que três dimensões para essa corda? Ela faria sons cada vez mais complexos. E físicos concluíram que essas cordas ultramicroscópicas precisariam de muito, muito mais dimensões para sacudir. Só assim elas vibrariam com energia suficiente para fazer partículas surgirem do nada.

Os cálculos mostraram que só daria para obter esse efeito se houvesse nove dimensões de espaço. Mas onde ficariam as outras seis? A resposta está em Klein: elas só poderiam estar enroladas num espaço ínfimo. Formariam um novelo de “canudinhos” com 10-33 centímetro de extensão, coisa que os físicos batizaram como espaço de Calabi-Yau. Cada corda, então, moraria dentro de um “cubículo” hexadimensional. E assim poderia tocar sua música à vontade num mundo 9D. Agora segura aí. A viagem mal começou.

 (Fotojog/iStock)

Zilhões de universos

Mais uma dimensão. E desta vez uma muito grande, capaz de embrulhar todas as outras. Foi isso que o físico americano Edward Witten sugeriu para a Teoria das Cordas em 1995. Parece pouco, mas se trata de uma das maiores inovações da física desde Einstein. Nascia a evolução da ideia das cordas: a Teoria M (o americano nunca revelou o significado do M).

Essa décima dimensão de espaço que Witten propôs serviria como uma espécie de “pele” protetora para as outras. Segundo os cálculos do americano, essa membrana (ou brana, como preferem os físicos) seria nada menos que as paredes do Universo. Isso mesmo: as paredes.

Dentro delas existiriam três dimensões estendidas até o limite do cosmos – estas aqui bem na nossa cara e que chamamos de mundo – mais as seis microscópicas do espaço de Calabi-Yau, mais a do tempo. Nada demais. O salto é que a ideia de Witten abre portas para algo estarrecedor: tudo aquilo que conhecemos como Universo seria apenas um terreninho perdido na imensidão de outra coisa – um lugar cheio de universos “embrulhados” em suas branas. Tudo formando uma estrutura descomunal: o multiverso.

Mas esse desvario de Witten muda alguma coisa para a física? Muda, sim. Um multiverso cheio de branas pode explicar um dos grandes mistérios da ciência: a fraqueza da gravidade.

Quando você leva um tombo, ela não parece nada fraca. Mas, se comparada com as outras forças, a gravidade vira nada. Por exemplo: basta um ímã para levantar um clipe de papel do chão. E não importa que a gravidade do planeta inteiro tente puxá-lo para baixo. O eletromagnetismo, afinal, é nada menos que mil bilhões de bilhões de bilhões de bilhões de vezes mais forte que ela (ou o número 1 seguido de 39 zeros).

Mas a ideia do multiverso fez com que muitos físicos concluíssem que não, a gravidade é tão poderosa quanto as outras forças. Só que estaria diluída entre zilhões de Universos. Por quê? Bom, você, os fótons e tudo o mais estariam confinados na nossa brana para sempre. Mas a gravidade não. Ela seria a única coisa com o poder de atravessar as branas, de viajar pelo multiverso. Cientistas acreditam que os grávitons, os “átomos” dessa força, vazam para outros cosmos. Desse jeito, a gravidade parece menos intensa que o eletromagnetismo. Mas não é.

E não fica nisso. Paul Steinhardt, da Universidade Princeton, sugere que o Big Bang, a explosão que deu origem ao nosso Universo, só aconteceu porque a nossa brana esbarrou com outra numa colisão titânica. Nós só estaríamos aqui por causa desse pequeno incidente no multiverso.

E Savas Dimopoulos, da Universidade Stanford, vai mais longe: defende que um dia poderemos telefonar para os eventuais alienígenas de outras branas. Precisaríamos de um celular intercósmico. Nossos telefones móveis se comunicam trocando fótons, por isso bastaria criar “celulares” que usem grávitons, a fonte das ondas gravitacionais. O problema é que as ondas gravitacionais são difíceis de achar. Astrônomos americanos até divulgaram, neste ano, uma pesquisa em que afirmam terem observado essas ondas, mas a descoberta ainda é disputada por cientistas.
E qual é a verdade por trás de tudo isso? Ninguém sabe. “De certo modo é apropriado que essa área de pesquisa soe como ficção, porque a maior parte dela provavelmente é”, diz Lawrence Krauss, da Universidade Case Western. Mas, para ele e a maior parte dos físicos, o que interessa é a luta para decifrar a verdade por trás do Universo. “Somos programados para gostar de resolver mistérios. Especialmente quando a solução está longe.”