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Quantas dimensões do universo existem e teorias sobre dimensões extras

A física afirma que o universo é composto por 3 dimensões espaciais e uma temporal, mas muitos estudiosos investigam dimensões extras e invisíveis.

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

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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.

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Esses diferentes aspectos são o que dirigem o universo, as forças fundamentais da natureza e todas as partículas descomplicadas confinadas nele.

A quinta dimensão

Dimensões do universo: quantas existem e teorias sobre dimensões extras

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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.

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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

Dimensões do universo: quantas existem e teorias sobre dimensões extras

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.

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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.

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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.

Então, achou este conteúdo interessante? Pois, veja a seguir: Enigmas com respostas bem improváveis para matar o tempo

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