Espaço
Qual é a menor coisa que existe no Universo?
Andy Parker - BBC - 26/07/2013
A física tem um problema com as coisas pequenas. Ou, para ser mais preciso, com as coisas infinitamente pequenas.
Nós imaginamos que podemos nos mover qualquer distância que queiramos, não importando quão pequena ela seja.
Esta percepção foi explorada por Zeno em um de seus famosos
paradoxos. Aquiles nunca poderia realmente chegar a qualquer lugar já
que a distância que ele teria que cobrir seria reduzida à metade um
número infinito de vezes - na metade do caminho, então a meio caminho de
novo, e assim por diante. Ele teria que dar um número infinito de
passos cada vez menores para alcançar seu objetivo.
Os matemáticos têm explicado esse aparente paradoxo, e eles ficam
totalmente confortáveis com números infinitos, bem como com as
distâncias e objetos infinitamente pequenos. As respostas a que eles
chegam são usadas na física para descrever o mundo interior do átomo.
Mas a natureza não parece se sentir tão confortável com isso.
Quando tentamos descrever algo como um "ponto" - um objeto
infinitamente pequeno - então surgem alguns dos problemas mais difíceis
em física.
Como toda a física de partículas se baseia em partículas do "tipo
ponto", reagindo às forças em espaços minúsculos, pode-se perceber que
os problemas surgem muito rapidamente.
Esses problemas aparecem sob a forma de respostas sem sentido quando as equações são usadas para as distâncias muito pequenas.
Desta forma, os físicos estão cada vez mais desconfiados dos pontos, e
se perguntando se de fato a natureza tem um limite para o menor objeto
possível, ou mesmo se há um menor espaço possível.
Cientistas acreditam que o
superlaser ELI será suficiente para tornais reais as partículas virtuais. [Imagem: ELI]
Bonecas russas
A busca pelos menores blocos de construção da Natureza provavelmente
remonta ao primeiro homem das cavernas que tentava fazer uma borda
afiada em uma pedra.
Os gregos nos deram o conceito de átomos como bolas de bilhar que se
unem para formar os materiais que vemos, e essa imagem continua na mente
da maioria dos povos.
Mais de um século atrás, J.J. Thomson conseguiu extrair elétrons de
átomos, e ele foi seguido em 1932 por Cockcroft e Walton, que separaram o
núcleo atômico com um acelerador de partículas primitivo, mas
inteligentemente concebido.
Estes acabaram por se mostrar serem apenas as primeiras bonecas russas.
Experimentos sucessivos, usando aceleradores mais e mais potentes,
revelaram que o núcleo era composto de prótons e nêutrons, que por sua
vez eram feitos de quarks.
Os
sinais do bóson de Higgs gerados recentemente no LHC se tornaram a mais recente das bonecas russas.
Mas todas as tentativas para dividir quarks ou elétrons, mesmo usando o incrível poder do LHC, falharam.
Incomodamente, os chamados blocos básicos de construção da natureza
parecem ser pontos - certamente menores do que 0,0000000000000000001
metro de diâmetro.
Rumo ao infinito
Pode-se ver onde o problema surge. Todas as forças da natureza ficam mais fortes conforme as distâncias encurtam.
A famosa "lei do inverso do quadrado" da gravidade, de Newton, por
exemplo, diz que a força da gravidade fica quatro vezes mais forte se
você reduzir pela metade sua distância de um objeto.
Se imaginarmos partículas como sendo pontos, você pode fazer a
distância entre duas delas tão pequena quanto queira, de forma que a
força se torna infinita. Em última instância, isso iria quebrar o tecido
do espaço, criando uma espuma de buracos negros, o que certamente faria
Aquiles progredir ainda mais lentamente.
Os físicos normalmente conseguem contornar este problema usando a
imprecisão contida na mecânica quântica, que permite que a matéria se
comporte como partículas ou como ondas.
Você também pode ter ouvido falar do
Princípio da Incerteza de Heisenberg,
que não nos permite saber exatamente onde alguma coisa está. Assim,
mesmo que uma partícula possa ser um ponto, a sua localização é incerta,
e ela aparece nas equações como uma bola nebulosa - problema resolvido!
Descasamento problemático
Bem, quase. Nós realmente não sabemos como aplicar a mecânica
quântica à gravidade, e por isso ainda ficamos às voltas com previsões
absurdas, como o colapso total do espaço se tentarmos descrever campos
gravitacionais fortes, como os que estão dentro dos buracos negros.
Acontece que a mecânica quântica e a teoria da gravidade de Einstein não se misturam.
Várias soluções engenhosas têm sido propostas para este problema.
A mais óbvia é que há uma outra boneca russa, e as menores partículas
são pequenas bolas de bilhar. Se for assim, um dia, talvez usando o
LHC, veremos o tamanho dos menores objetos que podem existir.
Mas os físicos teóricos preferem a ideia de que as partículas não são
de fato redondas, mas pequenas "cordas", parecidas com pedaços de
elástico.
Elas teriam um comprimento finito, mas uma largura infinitamente
pequena. Isso resolve o problema, já que você nunca pode estar à mesma
distância de toda a corda - é por isso que a ideia é chamada de Teoria
das Cordas.
Cordas podem vibrar, e isso nos permite explicar todas as estranhas
partículas fundamentais que vemos como sendo diferentes vibrações das
cordas - diferentes notas de um violino cósmico.
Parece simples, mas para explicar as partículas que conhecemos, as cordas precisam vibrar de muitas maneiras diferentes.
A Teoria das Supercordas permite que elas vibrem em um bizarro espaço
com 11 dimensões - para cima, para baixo, para os lados,
"transversalmente" e de 7 outras maneiras!
Experimentos no LHC estão procurando sinais de que você possa se
mover "transversalmente". Se pudermos, poderia haver universos inteiros,
tão grandes e maravilhosos como o nosso, bem ali na rua "transversal".
Questões de espaço e de tempo
Podemos ir mais longe ainda - talvez não devamos procurar pelo menor objeto, mas pela menor distância.
Se o espaço for composto por um monte de grânulos pequenos, então o
problema pode ser resolvido desde que duas partículas não possam ficar
mais perto uma da outra do que o tamanho de um grânulo.
Isso equivale a Aquiles podendo se mover ao longo de uma série de passos pequenos, mas finitos.
Olhando para as partículas que viajam distâncias enormes em todo o
cosmos, podemos esperar ver o efeito acumulado de impactos sobre
inúmeros pequenos grãos, e não o deslizar tranquilo através do espaço
liso que se imagina.
No final, as respostas serão encontradas nos experimentos, não em nossas imaginações.
Talvez a coisa mais incrível que descobrimos seja o método
científico, que nos permite colocar e responder questões como "Qual
pequeno é o Universo?".
Nada mal para homens das cavernas ligeiramente evoluídos.
