Um Universo de 10 dimensões - Explicando a Teoria das Supercordas

A teoria das supercordas postula que o universo existe em 10 dimensões de uma só vez. Crédito: Instituto Nacional de Tecnologia Tiruchirappalli.

Quando alguém menciona "diferentes dimensões," temos a tendência de pensar em coisas como universos paralelos - realidades alternativas que existem em paralelo à nossa, onde as coisas funcionam ou aconteceu de forma diferente. No entanto, a realidade de dimensões e como elas desempenham um papel na ordenação do nosso Universo é realmente muito diferente desta caracterização popular.

As dimensões são simplesmente as diferentes facetas do que nós percebemos a ser realidade. Somos imediatamente cientes das três dimensões que nos rodeiam diariamente - aquelas que definem o comprimento, largura e profundidade de todos os objetos em nossos universos (x, y, z, respectivamente).

Diagrama mostrando as coordenadas
tridimensionais xyz em nosso
espaço convencional. 

Além dessas três dimensões visíveis, os cientistas acreditam que pode haver muitos mais. Na verdade, o quadro teórico da teoria das supercordas postula que o universo existe em dez dimensões diferentes. Estes diferentes aspectos são o que governam o universo, as forças fundamentais da natureza, e todas as partículas elementares contidas.

A primeira dimensão , como já foi notado, é que o que lhe confere comprimento (o eixo x). Uma boa descrição de um objeto unidimensional é uma linha reta, que só existe em termos de comprimento e não tem outras qualidades perceptíveis. Adicione a isso uma segunda dimensão , o eixo y (ou altura), e você terá um objeto que se torna uma forma bi-dimensional (como um quadrado).

A terceira dimensão envolve a profundidade (eixo z), e dá a todos os objectos de um sentido e uma área de secção transversal. O perfeito exemplo disto é um cubo, que existe em três dimensões e tem um comprimento, largura, profundidade e, consequentemente, do volume. Além destes três encontram-se as sete dimensões que não são imediatamente aparentes para nós, mas que ainda pode ser percebidas como tendo um efeito direto sobre o universo e a realidade tal como a conhecemos.

Hipercubo quadrimensional formando uma
percepção do que seria uma quarta dimensão
geométrica.

Os cientistas acreditam que a quarta dimensão é o tempo, que governa as propriedades de toda a matéria conhecida em qualquer ponto. Junto com os outras três dimensões, conhecendo uma posição de objetos no tempo é essencial para traçar a sua posição no universo. As outras dimensões são as possibilidades mais profundas, onde entram em jogo, e explicando a sua interação com os outros. É o lugar onde as coisas ficam particularmente complicado para os físicos.

A linha do tempo do universo, começando com o Big Bang. De acordo com a Teoria das Cordas, este é apenas um dos muitos mundos possíveis. Crédito: NASA

De acordo com a teoria das supercordas, as dimensões quinta e sexta são onde a noção de mundos possíveis surge. Se pudéssemos ver em meio à quinta dimensão, veríamos um mundo um pouco diferente do nosso, que nos daria um meio de medir a similaridade e diferenças entre o nosso mundo e outras possíveis.

Na sexta, veríamos um plano de mundos possíveis, onde poderíamos comparar e posicionar todos os universos possíveis que começam com as mesmas condições iniciais como este (ou seja, o Big Bang). Em teoria, se você pudesse dominar a quinta e sexta dimensão, você poderia então viajar no tempo ou ir para diferentes futuros.

Na sétima dimensão, você tem acesso aos mundos possíveis que começam com diferentes condições iniciais. Considerando que, na quinta e sexta, das condições iniciais eram as mesmas e subsequentes ações eram diferentes, aqui, tudo é diferente, desde o início dos tempos. A oitava dimensão novamente nos dá um plano de tais histórias do universo possíveis, cada uma delas começa com diferentes condições iniciais e ramificam-se infinitamente (por isso que eles são chamados de infinitos).

Na nona dimensão, podemos comparar todas as histórias possíveis universo, começando com todas as diferentes leis da física e possíveis condições iniciais. Na décima e último dimensão, chegamos ao ponto em que todo o possível e imaginável é coberto. Além disso, nada pode ser imaginado por nós mortais inferiores, o que torna a limitação natural do que podemos conceber em termos de dimensões.

A existência dessas seis dimensões adicionais na qual que nós não podemos perceber é necessário para a Teoria das Cordas, a fim de ser sua consistência na natureza. O fato de que podemos perceber apenas quatro dimensões do espaço pode ser explicado por um dos dois mecanismos: ou as dimensões extras são compactadas em uma escala muito pequena, ou então o nosso mundo pode viver em uma subvariedade tridimensional que corresponde a uma membrana, em (Teoria dos Branas), na qual todas as partículas conhecidas, além de gravidade seriam restritas.

A existência de dimensões extras é explicada utilizando o colector de Calabi-Yau, na qual todas as propriedades intrínsecas das partículas elementares são ocultadas. Crédito: A Hanson

Se as dimensões adicionais fossem compactadas, elas poderiam aparecer geometricamente na forma de um colector de Calabi-Yau (mostrado acima).  Os cientistas acreditam que espiando através do tempo, usando telescópios para detectar a luz do início do universo (ou seja, bilhões de anos atrás), eles podem ser capazes de ver como a existência dessas dimensões adicionais poderiam ter influenciado a evolução do cosmo.

Muito parecido com outros candidatos para uma grande teoria unificadora - também conhecido como a Teoria do Tudo (TOE) - a crença de que o universo é composto de dez dimensões (ou mais, dependendo do modelo de teoria das cordas que você usa) é uma tentativa de conciliar a modelo padrão da física de partículas com a existência da gravidade. Em suma, é uma tentativa de explicar como todas as forças conhecidas dentro de nosso universo interagem  como outros universos possíveis si poderia funcionar.

Vale lembrar que a teoria das 10 (cordas) ou 11 dimensões  (teoria-M) ainda não são teorias científica uma vez que elas não pode ser falseáveis (colocadas à prova).  Entretanto a ressalva é implacável: sem fatos que corroborem as ideias propostas, a "teoria" não pode ser dita uma teoria científica. Tão pouco pode ter-se por certo que nosso universo possui realmente 10 dimensões apenas porque a "teoria das cordas" aponta para tal. Verificáveis até o momento há apenas quatro dimensões, as quatro que compõem o espaço-tempo da relatividade. 

Para obter informações adicionais, aqui está um artigo do Universe Today sobre universos paralelos, e outro sobre um paralelo do universo na qual cientistas pensavam que descobriram que na verdade não existe.

Este video abaixo ajudará você a compreender melhor a teoria das dimensões: Nesse outro vídeo, o físico teórico Michio Kaku explica claramente como são as 11 dimensões do espaço. 

Fontes: Phys.org