Há uma convenção de que quando o universo se concretizou, três dimensões de espaço e uma dimensão de tempo surgiram do Big Bang: o evento que fez tudo o que vemos ao nosso redor. No entanto, tem havido algum debate sobre a crença tradicional de que o universo não manifestou apenas três dimensões de espaço e uma de tempo. Mas, afinal quantas dimensões do universo existem?
Usando um exemplo da geometria, os quadrados têm quatro arestas lineares e os cubos têm seis lados quadrados. Por extrapolação, os hipercubos têm oito lados cúbicos. Com efeito, esse padrão poderia continuar para sempre. Então, infinito, seria a resposta para quantas dimensões existem no universo.
Todavia, para os físicos, uma vez que as estrelas se atraem por meio da gravidade, que diminui como o quadrado de suas distâncias mútuas, isso é uma indicação de três dimensões. No entanto, uma vez que a equação de como sua luz se move através do espaço é derivada, descobrimos que ela é melhor expressa em quatro dimensões.
As teorias sobre as dimensões do universo
Na teoria geral da relatividade, Einstein fez uso do conceito e descreveu a gravidade usando um modelo dinâmico quadridimensional. Além de Einstein e seus assistentes Peter Bergmann e Valentine Bargmann, poucos físicos investigaram a noção de dimensões extras invisíveis no universo físico.
Desse modo, a teoria das supercordas, a teoria M, o problema da hierarquia, o cenário do mundo-brana, todos apoiam a existência de mais dimensões. Aliás, o esboço teórico da teoria das supercordas postula que o universo existe em 10 dimensões diferentes.
Esses diferentes aspectos são o que dirigem o universo, as forças fundamentais da natureza e todas as partículas descomplicadas confinadas nele.
A quinta dimensão
Como você leu acima, Einstein e seus assistentes, durante o início dos anos 1930 e 1940, tentaram sem sucesso amarrar a quarta dimensão na teoria de Einstein a uma dimensão física extra, a quinta, para incorporar o eletromagnetismo. Todavia, as teorias sobre dimensões ganharam força nos anos seguintes.
Como a luz, ou energia, na teoria de Einstein vem das interações da força eletromagnética, os cientistas têm pesquisado por mais de 100 anos por maneiras de unir a energia ou luz da força eletromagnética com as outras três forças, que são forças nucleares fortes e fracas e gravidade.
Dessa forma, duas teorias, desenvolvidas e propostas independentemente pelo físico alemão Theodor Kaluza e pelo físico sueco Oskar Klein, sugeriram a possibilidade de uma quinta dimensão onde o eletromagnetismo e a gravidade se unificam.
Em 1921, Theodor Kaluza publicou um artigo no qual apresentou uma interpretação ampliada das Equações de Campo de Einstein. Esta teoria foi construída sobre a ideia de um Universo 5D, que incluía uma dimensão além da 4D comum de espaço e tempo.
Em 1926, o físico teórico sueco Oskar Klein ofereceu uma interpretação quântica da teoria 5D de Kaluza. Na extensão de Klein, a quinta dimensão era enrolada, microscópica, e podia assumir a forma de um círculo com raio de 10-30 cm.
Posteriormente, na década de 1930, o trabalho foi feito na teoria de campo Kaluza por Einstein e seus colegas em Princeton. Na década de 1940, a teoria foi formalmente concluída e recebeu o nome de teoria Kaluza-Klein.
Teoria das cordas
O trabalho de Kaluza e Klein previu o surgimento da Teoria das Cordas, que foi proposta pela primeira vez na década de 1960. Na década de 1990, várias interpretações surgiram, incluindo a Teoria das Supercordas, Gravidade Quântica de Loop, Teoria M e Supergravidade. Cada uma dessas teorias envolve a existência de “dimensões extras”, “hiperespaço” ou algo semelhante.
Para resumir, essa teoria afirma que as partículas pontuais da física de partículas são, na verdade, objetos unidimensionais chamados “cordas”. Em distâncias maiores do que a escala da corda, eles se assemelham a partículas comuns, embora sua massa, carga e outras propriedades sejam determinadas pelo estado vibracional da corda. Em um estado, a corda corresponde ao gráviton, que é o que causa a gravitação.
Então, podem ser 10 ou mais as dimensões do universo?
Existem dois tipos diferentes dessas cordas: uma é aberta e a outra é fechada, embora ambas sejam muito pequenas para serem vistas pela tecnologia atual. Como o nome sugere, cordas abertas são como linhas em formato de ondas que não tocam as pontas, enquanto o oposto é verdadeiro para cordas fechadas – elas formam loops e não têm pontas abertas.
No entanto, para que a teoria das cordas funcione, a matemática determina que muitas dimensões adicionais de espaço e tempo devem existir.
Se os cientistas encontrarem provas dessas outras dimensões, e se o número de dimensões extras variar de 10 a 26, isso não apenas mudaria nosso próprio entendimento da física quântica, mas estaríamos um passo mais perto de criar uma teoria coesa e confiável de absolutamente tudo, o que certamente não é uma nada tarefa fácil.
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