Por que a Teoria — M é a principal candidata à teoria de tudo? (Atualidade)
A mãe de todas as teorias de cordas passa por um teste decisivo que, até agora, nenhuma outra teoria candidata da gravidade quântica conseguiu combinar.
Não é fácil ser uma “theory of everything.” Uma TOE tem o trabalho muito difícil de ajustar a gravidade nas leis quânticas da natureza de tal forma que, em grandes escalas, a gravidade se parece com curvas no tecido do espaço-tempo, como Albert Einstein descreveu em sua teoria geral da relatividade. De alguma forma, a curvatura espaço-temporal emerge como o efeito coletivo das unidades quantizadas de energia gravitacional — partículas conhecidas como gravitons. Mas as tentativas ingênuas de calcular como os gravitons interagem resultam em infinitos sem sentido, indicando a necessidade de uma compreensão mais profunda da gravidade.
A teoria das cordas (ou, mais tecnicamente, a teoria-M) é muitas vezes descrita como a principal candidata para a teoria de tudo em nosso universo. Mas não há evidências empíricas para isso, ou para quaisquer ideias alternativas sobre como a gravidade pode se unificar com o resto das forças fundamentais. Por que, então, é a teoria das cordas/ teoria-M dada a vantagem sobre as outras?
A teoria afirma que os gravitons, os elétrons, os fótons e todo o resto, não são partículas pontuais, mas sim fitas imperceptivelmente pequenas de energia, ou “cordas”, que vibram de diferentes maneiras. O interesse pela teoria das cordas aumentou em meados da década de 1980, quando os físicos perceberam que forneceu descrições matematicamente consistentes da gravidade quantizada. Mas as cinco versões conhecidas da teoria das cordas eram todas “perturbativas”, o que significa que elas derrubaram alguns regimes. Os teóricos poderiam calcular o que acontece quando duas cordas de graviton colidem em altas energias, mas não quando existe uma confluência de gravitons extremos o suficiente para formar um buraco negro.
Então, em 1995, o físico Edward Witten descobriu a mãe de todas as teorias de cordas. Ele encontrou várias indicações de que as teorias perturbativas de cordas se encaixam em uma teoria não perturbativa coerente, que ele chamou de teoria-M. A teoria-M se parece com cada uma das teorias de cordas em diferentes contextos físicos, mas não possui limites para o seu regime de validade — um requisito importante para a teoria de tudo. Ou então, os cálculos de Witten sugeriram. “Witten poderia fazer esses argumentos sem escrever as equações da teoria-M, o que é impressionante, mas deixou muitas perguntas sem resposta”, explicou David Simmons-Duffin , físico teórico do Instituto de Tecnologia da California.
Outra explosão de pesquisa aconteceu dois anos depois, quando o físico Juan Maldacena descobriu a correspondência AdS / CFT: uma relação semelhante ao holograma que liga a gravidade em uma região do espaço-tempo chamada espaço anti-Sitter (AdS) para uma descrição quântica das partículas (chamada “teoria de campo conforme”) movendo-se no limite da região. O AdS / CFT fornece uma definição completa de teoria-M para o caso especial das geometrias espaço-tempo do AdS, que são infundidas com energia negativa que os torna dobrados de maneira diferente do que o nosso universo faz. Para esses mundos imaginários, os físicos podem descrever processos em todas as energias, incluindo, em princípio, formação de buracos negros e evaporação. Os 16.000 trabalhos que citaram Maldacena nos últimos 20 anos visam principalmente a realização desses cálculos, a fim de obter uma melhor compreensão do AdS / CFT e da gravidade quântica.
Esta sequência básica de eventos levou a maioria dos especialistas a considerar a teoria-M como a principal candidata a teoria de tudo, mesmo que sua definição exata em um universo como o nosso permaneça desconhecida. Se a teoria está correta é uma questão completamente separada. As cordas que ele coloca — bem como as dimensões espaciais extra, enroladas, que essas cordas supostamente suavizam — são 10 milhões de bilhões de vezes menores do que experimentos como o Large Hadron Collider podem resolver. E algumas assinaturas macroscópicas da teoria que poderiam ter sido vista, como cordas cósmicas e supersimetria, não apareceram.
Outras idéias da teoria de tudo, enquanto isso, são vistas como tendo uma variedade de problemas técnicos, e nenhuma ainda repetiu as demonstrações de consistência matemática da teoria de cordas, como o cálculo da dispersão graviton-graviton. (De acordo com Simmons-Duffin, nenhum dos concorrentes conseguiu completar o primeiro passo ou a primeira “correção quântica” desse cálculo.) Um filósofo já argumentou que o status da teoria das cordas como a única e consistente teoria conta como evidência de que A teoria está correta .
As concorrentes distantes incluem gravidade assintoticamente segura , teoria E8 , geometria não comutativa e sistemas de fermion causais . A gravidade assintoticamente segura, por exemplo, sugere que a força da gravidade pode mudar à medida que você vai para escalas menores, de maneira a corrigir os cálculos anômalos. Mas ninguém ainda conseguiu o truque para o trabalho.
Este artigo foi reimpresso no Theatlantic.com .