Categoria: Fisica
\nN\u00edvel: Avan\u00e7ado
\nNathan Berkovits explica as supercordas
\npor: Roberto Belis\u00e1rio
\nRedator da revista ComCi\u00eancia<\/p>\n
O f\u00edsico Nathan Jacob Berkovits, do Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica da Universidade Estadual de S\u00e3o Paulo (IFT\/Unesp), \u00e9 um dos principais pesquisadores no Brasil sobre a teoria das supercordas \u2013 segundo ele, a primeira teoria consistente com os dois pilares da F\u00edsica Moderna: a Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica e a Relatividade Geral. Isso faz dela uma s\u00e9ria candidata a substituir a teoria sobre part\u00edculas elementares atualmente usada, o Modelo Padr\u00e3o, que n\u00e3o incorpora a Relatividade Geral.<\/p>\n
Berkovits participou, durante a semana de 5 a 9 de agosto, de um debate virtual sobre supercordas ocorrido na lista de e-mails sobre ci\u00eancia Ciencialist. Houve a participa\u00e7\u00e3o de membros da lista e pessoas convidadas, e foi organizado por Lu\u00eds Roberto Brudna, administrador da lista.<\/p>\n
A entrevista que se segue \u00e0 Introdu\u00e7\u00e3o abaixo \u00e9 uma s\u00famula do debate e de uma conversa entre Berkovits e a revista ComCi\u00eancia. As perguntas foram reordenadas e algumas quest\u00f5es reescritas, a fim de proporcionar uma seq\u00fc\u00eancia l\u00f3gica e fluente ao debate. Participaram ativamente do debate, al\u00e9m do administrador da lista, Ant\u00f4nio Castro, Roberto Belis\u00e1rio, Roberto Takata, S\u00e9rgio Farias e S\u00e9rgio Taborda e Neville Mastrocola Martins. As perguntas e respostas originais do debate podem ser encontradas no site da Ciencialist.<\/p>\n
1. Introdu\u00e7\u00e3o: o que s\u00e3o supercordas?<\/p>\n
A f\u00edsica moderna consiste basicamente em duas teorias: Teoria Qu\u00e2ntica do Campo e Relatividade Geral. O termo “f\u00edsica moderna” op\u00f5e-se a “f\u00edsica cl\u00e1ssica”, ou seja, a f\u00edsica aceita at\u00e9 o in\u00edcio do s\u00e9culo XX. O maior representante da f\u00edsica cl\u00e1ssica \u00e9 a mec\u00e2nica de Newton.<\/p>\n
A relatividade geral \u00e9 basicamente uma teoria da gravita\u00e7\u00e3o, e suas previs\u00f5es diferem das da f\u00edsica cl\u00e1ssica para campos gravitacionais muito intensos (como os pr\u00f3ximos a buracos negros, estrelas de n\u00eautrons ou mesmo de estrelas como o Sol) ou dimens\u00f5es muito grandes (dimens\u00f5es gal\u00e1cticas ou maiores).<\/p>\n
J\u00e1 a Teoria Qu\u00e2ntica do Campo engloba a Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica e a teoria da Relatividade Especial. Pode-se dizer que a primeira trata de fen\u00f4menos envolvendo massas e dimens\u00f5es da ordem das dos \u00e1tomos, mol\u00e9culas e part\u00edculas subat\u00f4micas, e suas previs\u00f5es em geral diferem das da f\u00edsica cl\u00e1ssica para essas situa\u00e7\u00f5es. J\u00e1 as previs\u00f5es da relatividade especial difere da f\u00edsica cl\u00e1ssica quando as velocidades envolvidas s\u00e3o compar\u00e1veis \u00e0 velocidade da luz, ou ent\u00e3o quando as energias envolvidas extremamente altas comparadas com a massa dos objetos em quest\u00e3o. A formula\u00e7\u00e3o atual da Teoria Qu\u00e2ntica do Campo, desenvolvida na d\u00e9cada de 1970, \u00e9 denominada Modelo Padr\u00e3o.<\/p>\n
Existem situa\u00e7\u00f5es onde as duas teorias, a teoria qu\u00e2ntica do campo e a relatividade geral, s\u00e3o necess\u00e1rias: por exemplo, pr\u00f3ximo ao momento do Big-Bang. Para isso, \u00e9 necess\u00e1rio ter-se uma teoria \u00fanica que englobe consistentemente a teoria qu\u00e2ntica do campo e a relatividade geral. Ora, ainda n\u00e3o existe nenhuma teoria comprovada com essa caracter\u00edstica. Trata-se, portanto, de um importante problema em aberto na f\u00edsica moderna.<\/p>\n
A teoria das supercordas \u00e9 uma poss\u00edvel candidata a solu\u00e7\u00e3o desse problema, pois engloba consistentemente as duas teorias. Mas suas previs\u00f5es experimentais ainda n\u00e3o foram comprovadas.<\/p>\n
As supercordas \u2013 Nessa teoria, as part\u00edculas elementares n\u00e3o s\u00e3o objetos “pontuais”, como se considera no Modelo Padr\u00e3o, mas sim estruturas unidimensionais, chamadas “cordas”. O “super” de “supercordas” vem de um aspecto matem\u00e1tico da teoria chamado “supesimetria”. Na teoria, todas as part\u00edculas conhecidas \u2013 el\u00e9trons, quarks, neutrinos \u2013 s\u00e3o a mesma corda, vibrando de diferentes modos. Os modos de vibra\u00e7\u00e3o da corda definem se ela \u00e9 um el\u00e9tron, um f\u00f3ton, um gr\u00e1viton, etc.<\/p>\n
A teoria, portanto, reduz drasticamente o n\u00famero de entidades elementares constituintes da mat\u00e9ria: enquanto no modelo padr\u00e3o h\u00e1 dezenas delas (el\u00e9trons, neutrinos, quarks, f\u00f3tons, gr\u00e1vitons, etc.), na teoria das supercordas todas podem ser consideradas diferentes manifesta\u00e7\u00f5es de um \u00fanico tipo de corda.<\/p>\n
Uma das previs\u00f5es da teoria \u00e9 a exist\u00eancia de toda uma classe de novas part\u00edculas elementares, ainda n\u00e3o descobertas, chamadas part\u00edculas supersim\u00e9tricas. A cada part\u00edcula conhecida corresponde um par simersim\u00e9trico: ao el\u00e9tron, o “sel\u00e9tron”, ao f\u00f3ton, o “fotino”, etc. Avalia-se que as massas dessas part\u00edculas, entretanto, s\u00e3o grandes demais para a produ\u00e7\u00e3o dos aceleradores de part\u00edculas atualmente em opera\u00e7\u00e3o (quanto maior a massa de uma part\u00edcula, mais dif\u00edcil de ela ser produzida nos aceleradores). Gera\u00e7\u00f5es futuras de aceleradores poder\u00e3o confirmar ou refutar essa previs\u00e3o.<\/p>\n
Outra caracter\u00edstica marcante da teoria \u00e9 a exist\u00eancia de 9 ou 10 dimens\u00f5es para o espa\u00e7o, al\u00e9m das tr\u00eas j\u00e1 conhecidas. Sup\u00f5e-se que as 6 ou 7 dimens\u00f5es adicionais encontrem-se “enroladas”, de forma a reduzi-las, no n\u00edvel observacional, a tr\u00eas \u2013 de forma an\u00e1loga a um papel bidimensional t\u00e3o bem enrolado que torna-se semelhante a uma linha unidimensional. Por isso, o mundo nos pareceria com apenas tr\u00eas dimens\u00f5es de espa\u00e7o.<\/p>\n
Nathan Jacob Berkovits, entrevistado abaixo, \u00e9 conhecido por ter desenvolvido, em 2000, um formalismo matem\u00e1tico chamado “teoria dos spinores puros” que facilita bastante os c\u00e1lculos para a teoria para uma grande classe de problemas. Na entrevista, Berkovits aborda alguns “mitos” muito difundidos sobre a teoria, como o de que ela n\u00e3o produz nenhum resultado experimentalmente test\u00e1vel ou que pode sempre ser encarada como uma “teoria de tudo” (o pr\u00f3prio Berkovits n\u00e3o acredita em uma teoria que d\u00ea conta de todas as for\u00e7as fundamentais da Natureza).<\/p>\n
2. O debate<\/p>\n
Pergunta: Por que cordas? Por que n\u00e3o outro objeto?<\/p>\n
Berkovits: Cordas s\u00e3o objetos unidimensionais e os modos de vibra\u00e7\u00e3o de objetos unidimensionais s\u00e3o discretos. Para cada modo [de vibra\u00e7\u00e3o], voc\u00ea tem uma part\u00edcula. Se voc\u00ea tenta representar as part\u00edculas como modos de vibra\u00e7\u00e3o de objetos bidimensionais, tridimensionais, etc., voc\u00ea encontra o problema de os modos de vibra\u00e7\u00e3o serem cont\u00ednuos. Ent\u00e3o, voc\u00ea teria que ter part\u00edculas com massas cont\u00ednuas. Por exemplo, se o el\u00e9tron \u00e9 um modo e o f\u00f3ton \u00e9 outro, voc\u00ea teria que ter um tipo de part\u00edcula que estaria continuamente entre um f\u00f3ton e um el\u00e9tron. Seria um tipo de “lobo-homem”, que n\u00e3o \u00e9 permitido para uma part\u00edcula fundamental.<\/p>\n
Pergunta: As supercordas e suas vibra\u00e7\u00f5es seriam apenas entidades matem\u00e1ticas ou devem ser supostas como estruturas “reais”?<\/p>\n
Berkovits: A supercorda \u00e9 uma estrutura t\u00e3o real quanto um el\u00e9tron. Estou sempre usando a palavra vibra\u00e7\u00e3o com o significado usual. Por exemplo, a vibra\u00e7\u00e3o \u00e9 a mesma vibra\u00e7\u00e3o de uma corda de violino.<\/p>\n
A teoria, as for\u00e7as e as part\u00edculas<\/p>\n
Pergunta: Como a gravidade e as outras for\u00e7as s\u00e3o tratadas na teoria das supercordas?<\/p>\n
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Berkovits: A gravidade \u00e9 tratada com uma troca de cordas. O tratamento \u00e9 parecido com a troca de part\u00edculas \u2013 mas, quando voc\u00ea faz as contas, voc\u00ea descobre que, se voc\u00ea trata a gravidade como troca de part\u00edculas [tradicionais], ela tem singularidades “n\u00e3o-renormaliz\u00e1veis” [inc\u00f4modas quantidades infinitas que aparecem nos c\u00e1lculos]. J\u00e1 se voc\u00ea trata a gravidade como uma troca de cordas, as singularidades somem.<\/p>\n
Pergunta: E as outras intera\u00e7\u00f5es?<\/p>\n
Berkovits: S\u00e3o tratadas como troca de cordas. O tipo de intera\u00e7\u00e3o depende do modo de vibra\u00e7\u00e3o da corda que esta sendo trocada.<\/p>\n
Pergunta: Como a teoria das supercordas trata efeitos como o spin, o efeito t\u00fanel e o princ\u00edpio da indetermina\u00e7\u00e3o de Heisenberg?<\/p>\n
Berkovits: O modo de vibra\u00e7\u00e3o da corda determina o spin da part\u00edcula. Por exemplo, o f\u00f3ton (que tem spin 1) corresponde a um tipo de vibra\u00e7\u00e3o e o el\u00e9tron (que tem spin 1\/2) corresponde a outro tipo. J\u00e1 o efeito t\u00fanel o princ\u00edpio da indetermina\u00e7\u00e3o s\u00e3o tratados da mesma forma que na mec\u00e2nica qu\u00e2ntica usual. A teoria das supercordas est\u00e1 constru\u00edda supondo que as teorias de mec\u00e2nica qu\u00e2ntica e da relatividade restrita s\u00e3o v\u00e1lidas.<\/p>\n
Pergunta: As cordas t\u00eam uma dimens\u00e3o, mas a teoria das supercordas aceita a exist\u00eancia de entidades (“branas”) de mais dimens\u00f5es – bi-, tridimensionais, etc. H\u00e1 a possibilidade da exist\u00eancia de objetos f\u00edsicos correspondentes a essas branas?<\/p>\n
Berkovits: Sim, mas as vibra\u00e7\u00f5es das branas n\u00e3o correspondem somente a part\u00edculas fundamentais.<\/p>\n
Perguntas: Que propriedades teriam tais entidades?<\/p>\n
Berkovits: Para os casos estudados at\u00e9 agora (por exemplo, as membranas bidimensionais), as vibra\u00e7\u00f5es correspondem a sistemas com mais de uma part\u00edcula. Por exemplo, um tipo de vibra\u00e7\u00e3o da membrana corresponde a duas part\u00edculas, outro tipo de vibra\u00e7\u00e3o corresponde a tr\u00eas part\u00edculas, etc. Embora a massa de uma part\u00edcula fundamental n\u00e3o possa ser cont\u00ednua, a massa de um sistema de part\u00edculas pode. Ent\u00e3o a correspond\u00eancia entre vibra\u00e7\u00f5es de objetos multidimensionais e estados com v\u00e1rias part\u00edculas \u00e9 consistente com a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica.<\/p>\n
As supercordas e as GUTs<\/p>\n
Pergunta: Tem se falado bastante sobre a teoria das supercordas de uns anos para c\u00e1, apesar de ela ser muito mais velha do que isso. Uma das coisas que sempre se comenta \u00e9 a complexidade proverbial dos c\u00e1lculos nela envolvidos. H\u00e1 alguma raz\u00e3o espec\u00edfica para os c\u00e1lculos serem t\u00e3o complexos, ou h\u00e1 uma mitifica\u00e7\u00e3o disso?<\/p>\n
Berkovitz: Os c\u00e1lculos n\u00e3o s\u00e3o complicados, complicado \u00e9 us\u00e1-los para predizer algum tipo de resultado experimental. N\u00e3o s\u00e3o mais complicados que c\u00e1lculos de outras toerias sobre part\u00edculas \u2013 por exemplo, a eletrodin\u00e2mica qu\u00e2ntica [a teoria qu\u00e2ntica do eletromagnetismo]. A diferen\u00e7a \u00e9 que os c\u00e1lculos [com supercordas] s\u00e3o mais relevantes quando as energias s\u00e3o altas. Todo o problema \u00e9 usar esses c\u00e1lculos feitos para energias altas para obeter informa\u00e7\u00e3o para energias baixas.<\/p>\n
Pergunta: At\u00e9 alguns anos atr\u00e1s, falava-se muito sobre as Teorias da Grande Unifica\u00e7\u00e3o, ou GUTs, em jornais e livros de divulga\u00e7\u00e3o. Parece que, de l\u00e1 para c\u00e1, as pessoas quase pararam de falar sobre as GUTs e passaram a comentar muito sobre supercordas. Isso acontece s\u00f3 na m\u00eddia ou reflete algum movimento na comunidade cient\u00edfica?<\/p>\n
Berkovitz: As GUTs s\u00e3o teorias que v\u00e3o al\u00e9m do Modelo Padr\u00e3o [a teoria sobre f\u00edsica das part\u00edculas aceita atualmente]. A teoria das supercordas seria, assim, um tipo de GUT. Um problema das GUTs \u00e9 que elas admitem muitos modelos. Dependendo de qual se usa, h\u00e1 predi\u00e7\u00f5es diferentes. Toda a motiva\u00e7\u00e3o para se estudar as GUTs \u00e9 explicar por que o Modelo Padr\u00e3o tem esta forma, este tipo de modelo e n\u00e3o outro. Mas, se voc\u00ea muda a GUT, voc\u00ea muda o tipo de Modelo Padr\u00e3o que voc\u00ea vai obter. Ent\u00e3o, em algum sentido, as pessoas se cansaram de tentar descobrir qual GUT \u00e9 melhor.<\/p>\n
Pergunta: H\u00e1 outras teorias consistentes que re\u00fanem a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica e a relatividade geral, al\u00e9m das supercordas?<\/p>\n
Berkovits: N\u00e3o, ao menos n\u00e3o no sentido convencional. Existem v\u00e1rias tentativas para se reunir as duas teorias, mas a maioria dos f\u00edsicos acredita que a teoria das supercordas \u00e9 a \u00fanica que conseguiu. \u00c9 claro que existe uma minoria de f\u00edsicos que acreditam que outras teorias tamb\u00e9m conseguiram.<\/p>\n
Teoria e experi\u00eancia<\/p>\n
Pergunta: Outra coisa que se comenta \u00e9 que a teoria das supercordas n\u00e3o oferece previs\u00f5es test\u00e1veis na pr\u00e1tica. Isso \u00e9 verdade?<\/p>\n
Berkovits: N\u00e3o. Ela oferece previs\u00f5es test\u00e1veis. Mas, infelizmente, as previs\u00f5es mais precisas exigem experi\u00eancias envolvendo energias que ainda n\u00e3o foram alcan\u00e7adas nos aceleradores.<\/p>\n
Pergunta: Que experimentos poderiam ser feitos para testar a teoria?<\/p>\n
Berkovits: Uma previs\u00e3o que pode ser verificada logo \u00e9 a exist\u00eancia da supersimetria, uma simetria que relaciona f\u00e9rmions e b\u00f3sons [as part\u00edculas elementares s\u00e3o divididas em dois tipos: f\u00e9rmions, como o el\u00e9tron, e b\u00f3sons, como o f\u00f3ton]. Embora a exist\u00eancia da supersimetria n\u00e3o prove que a teoria est\u00e1 certa, ela seria uma evid\u00eancia forte.<\/p>\n
Pergunta: H\u00e1 outras possibilidades de se test\u00e1-la?<\/p>\n
Berkovits: Sim, mas a evid\u00eancia n\u00e3o necessariamente vir\u00e1 dos aceleradores. Por exemplo, as energias onde a teoria das supercordas pode ser testada foram alcan\u00e7adas no universo cedo [pouco depois do Big-Bang]. Ent\u00e3o, os dados sendo medidos por astr\u00f4nomos sobre o universo cedo eventualmente podem ser usados para testar a teoria. Neste momento, os estudos te\u00f3ricos n\u00e3o s\u00e3o desenvolvidos o suficiente para analisar os dados. Mas existem varios te\u00f3ricos estudando as conseq\u00fc\u00eancias da teoria das supercordas para o universo cedo, e talvez logo haja predi\u00e7\u00f5es test\u00e1veis.<\/p>\n
Pergunta: O sr. est\u00e1 falando das medidas das flutua\u00e7\u00f5es na radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo, feitas por grupos como Cobe e Boomerang?<\/p>\n
Berkovits: Sim, por exemplo. Mas repito que ainda n\u00e3o temos predi\u00e7\u00f5es confi\u00e1veis da teoria das supercordas para comparar com esses dados.<\/p>\n
Pergunta: E quanto a dados j\u00e1 conhecidos, tais como as massas das part\u00edculas, j\u00e1 existem resultados num\u00e9ricos calculados com a teoria que coincidam com alguns deles?<\/p>\n
Berkovits: Embora alguns fisicos achem que sim, os resultados num\u00e9ricos dependem muito de quem est\u00e1 fazendo o c\u00e1lculo; ent\u00e3o, eles n\u00e3o s\u00e3o confi\u00e1veis. Como falei antes, o problema at\u00e9 agora \u00e9 que os dados conhecidos geralmente envolvem energias baixas, onde \u00e9 dif\u00edcil extrair predi\u00e7\u00f5es precisas da teoria. Mas talvez logo tenhamos dados experimentais (ou dos aceleradores ou do universo cedo) que envolvam energias onde a teoria \u00e9 melhor compreendida.<\/p>\n
Pergunta: H\u00e1 lacunas te\u00f3ricas?<\/p>\n
Berkovits: A maior lacuna \u00e9 tirar predi\u00e7\u00f5es para energias baixas do modelo. Mas tamb\u00e9m existem v\u00e1rias maneiras para testar se a teoria \u00e9 auto-consistente. Por exemplo, neste momento, as pessoas n\u00e3o sabem se \u00e9 poss\u00edvel ter uma “constante cosmol\u00f3gica positiva” na<\/p>\n
teoria. Evid\u00eancias cosmol\u00f3gicas recentes sugerem que nosso universo tem uma constante cosmol\u00f3gica positiva; ent\u00e3o existir\u00e1 um problema poss\u00edvel se a teoria n\u00e3o admitir isso e se a evid\u00eancia for confirmada.<\/p>\n
Pergunta: Sem tais evid\u00eancias experimentais, como \u00e9 que se d\u00e1 a rela\u00e7\u00e3o entre te\u00f3ricos e experimentais?<\/p>\n
Berkovits: O problema \u00e9 que os te\u00f3ricos est\u00e3o um pouco “cegos”… Porque, normalmente, tem-se uma experi\u00eancia que d\u00e1 resultados novos e depois v\u00eam os te\u00f3ricos tentando explicar a experi\u00eancia. [Por\u00e9m], na \u00e9poca atual n\u00e3o tem isso [as experi\u00eancias], ent\u00e3o \u00e9 preciso descobrir qual \u00e9 o modelo mais elegante. E as supercordas s\u00e3o o modelo mais elegante. Mas at\u00e9 agora n\u00e3o h\u00e1 muito mais evid\u00eancias para as supercordas do que para as outras GUTs.<\/p>\n
Pergunta: O que significa dizer que a teoria das supercordas \u00e9 mais “elegante” que as outras GUTs?<\/p>\n
Berkovits: Por exemplo, que ela tem menos par\u00e2metros. O Modelo Padr\u00e3o tem 19 pa\u00e2metros \u2013 a massa do el\u00e9tron e outros. Se voc\u00ea os muda, mudam as predi\u00e7\u00f5es da teoria. Assim, uma maneira de se “medir” eleg\u00e2ncia \u00e9 determinar quantos par\u00e2metros livres [a teoria] tem \u2013 ou seja, quais informa\u00e7\u00f5es eu preciso para dizer que esta \u00e9 a teoria [para caracterizar a teoria]. Em algum sentido, as supercordas t\u00eam menos par\u00e2metros. (…) As supercordas come\u00e7am s\u00f3 com o fato de as part\u00edculas terem uma dimens\u00e3o adicional. Ent\u00e3o, neste sentido, \u00e9 uma teoria mais b\u00e1sica, tem menos par\u00e2metros que voc\u00ea pode fixar. Essa \u00e9 uma maneira para se medir eleg\u00e2ncia.<\/p>\n
Pergunta: Que outras maneiras existem?<\/p>\n
Berkovits: Outra maneira [vem do fato de que] a teoria talvez n\u00e3o tenha sido desenvolvida para descrever o modelo padr\u00e3o, foi-o por outra raz\u00e3o. No come\u00e7o da teoria das supercordas, os cientistas nem sabiam que ela iria descrever a gravita\u00e7\u00e3o. Num certo sentido, a teoria existe e as pessoas est\u00e3o s\u00f3 investigando-a. J\u00e1 outros modelos, foram criados exatamente para explicar alguns fen\u00f4menos: s\u00e3o modelos fenomenol\u00f3gicos, existem essencialmente s\u00f3 para descrever o fen\u00f4meno para o qual foram desenvolvidos para descrever. As supercordas n\u00e3o t\u00eam esse tipo hist\u00f3ria. Essa teoria foi desenvolvida para fazer outra coisa e, investigando-a, as pessoas descobriram, por exemplo, a gravita\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica. As pessoas, quando est\u00e3o investigando o modelo, n\u00e3o sabem onde o caminho vai chegar. Talvez nesse sentido seja elegante.<\/p>\n
Teorias de tudo e as dimens\u00f5es extras<\/p>\n
Pergunta: J\u00e1 que as supercordas n\u00e3o v\u00eam de observa\u00e7\u00f5es experimentais que a tornem necess\u00e1ria, o que motivou as pessoas a pesquis\u00e1-la durante tanto tempo?<\/p>\n
Berkovits: A raz\u00e3o para investigar cordas veio praticamente por acidente. A id\u00e9ia de que uma part\u00edcula tem uma dimens\u00e3o, que n\u00e3o \u00e9 pontual, n\u00e3o \u00e9 t\u00e3o nova, j\u00e1 existe h\u00e1 muito tempo. Mas as conseq\u00fc\u00eancias deste fato s\u00f3 foram investigadas nos \u00faltimos 30 anos. Nos anos 70, [Gabriele] Veneziano, um italiano, prop\u00f4s um tipo de f\u00f3rmula para descrever espalhamento [colis\u00f5es] de part\u00edculas. Depois, as pessoas perguntaram: “OK, a sua f\u00f3rmula tem essas propriedades, mas de onde ela vem?” Descobriram que veio de uma teoria de cordas. Depois, investigaram quais outras propriedades as cordas t\u00eam que ter. Descobriram que tem que ter supersimetria, etc., etc. Isso foi deduzido nos anos 80. Depois, nos 90, tinha essa coisa da dualidade \u2013 descobriram que v\u00e1rias teorias de supercordas que pensavam serem diferentes eram, na verdade, a mesma teoria. Ent\u00e3o, at\u00e9 agora, a raz\u00e3o para se estudar cordas \u00e9 mais para consist\u00eancia te\u00f3rica, pois ela descreve a gravita\u00e7\u00e3o de uma maneira consistente com a Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica. N\u00e3o existe outra toeria que faz isso, a teoria mais natural para se usar \u00e9 a das cordas. Agora, se voc\u00ea quer estudar, por exemplo, o Modelo Padr\u00e3o, a\u00ed \u00e9 outra coisa: o Modelo Padr\u00e3o, embora possa vir das supercordas, pode vir tamb\u00e9m de outras coisas.<\/p>\n
Pergunta: A impress\u00e3o geral \u00e9 que, permeando os desenvovimentos te\u00f3ricos recentes na f\u00edsica das part\u00edculas, existe, por alguma raz\u00e3o, a concep\u00e7\u00e3o de que deve existir uma toeria \u00fanica que descreva toda a Natureza… Qual a sua opini\u00e3o?<\/p>\n
Berkovits: Isso \u00e9 um sonho… Eu, pessoalmente, n\u00e3o acho que exista uma teoria \u00fanica. Talvez exista, mas a probabilidade, acho, \u00e9 muito pequena. Agora, se voc\u00ea quer uma teoria que descreve Relatividade Geral e Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica, que s\u00e3o teorias bem sucedidas, acho que \u00e9 razo\u00e1vel ter-se uma teoria consistente com as duas. E, at\u00e9 agora, as supercordas s\u00e3o a \u00fanica teoria que tem essa propriedade. Acho que essa \u00e9 a motiva\u00e7\u00e3o mais essencial.<\/p>\n
Eu sou uma pessoa… Mas acho que \u00e9 pouco prov\u00e1vel que, por exemplo nesse s\u00e9culo, venhamos a descobrir todas as leis da natureza. Acho que sempre houve esse sonho \u2013 desde cinco s\u00e9culos atr\u00e1s j\u00e1 havia esse sonho de descobrir qual \u00e9 a f\u00f3rmula que descreve tudo. Acho que \u00e9 um sonho, mas n\u00e3o \u00e9 um sonho muito real.<\/p>\n
Pergunta: Voc\u00ea acredita em um universo com 10 ou 11 dimens\u00f5es?
\nBerkovits: Existe a possibilidade que a teoria de supercordas seja somente um modelo da gravidade que inclui consistentemente efeitos qu\u00e2nticos. Esta seria a op\u00e7\u00e3o pessimista. A op\u00e7\u00e3o otimista \u00e9 que ela tamb\u00e9m descreve todas as outras for\u00e7as da natureza. Ainda n\u00e3o existe muita evid\u00eancia para a op\u00e7\u00e3o otimista, mas talvez tenhamos evid\u00eancia indireta nos pr\u00f3ximos anos usando os resultados dos aceleradores. Se a op\u00e7\u00e3o otimista fosse verificada por experi\u00eancias, eu acreditaria em um universo com 10 (ou 11) dimens\u00f5es. (A escolha entre 10 ou 11 depende de ponto de vista, porque na teoria das supercordas, a dimensao 11 faz o papel de constante de acoplamento e n\u00e3o \u00e9 interpretada como uma dimens\u00e3o espacial.) Neste momento, acho a op\u00e7\u00e3o pessimista mais prov\u00e1vel. Ent\u00e3o, n\u00e3o acredito que o universo tenha 10 (ou 11) dimens\u00f5es.<\/p>\n
Pergunta: A op\u00e7\u00e3o otimista j\u00e1 foi implementada? Quer dizer, j\u00e1 existe uma vers\u00e3o da teoria das supercordas que englobe todas as for\u00e7as fundamentais?<\/p>\n
Berkovits: J\u00e1 existem vers\u00f5es consistentes da teoria das supercordas que cont\u00eam todas as for\u00e7as da natureza. O problema \u00e9 que tamb\u00e9m existem vers\u00f5es consistentes da teoria que n\u00e3o cont\u00eam todas as for\u00e7as. Neste momento, a \u00fanica for\u00e7a que necessariamente est\u00e1 inclu\u00edda na teoria \u00e9 a gravita\u00e7\u00e3o. Talvez no futuro possamos deduzir quais outras for\u00e7as tenham que ser necessariamente inclu\u00eddas na teoria, mas neste momento n\u00e3o est\u00e1 claro como fazer isso.<\/p>\n
Pergunta: A exist\u00eancia dessas dimens\u00f5es espaciais, al\u00e9m das tr\u00eas conhecidas, n\u00e3o implica numa viola\u00e7\u00e3o da conserva\u00e7\u00e3o da energia? Ou seja, enquanto a energia transita por algumas dessas dimens\u00f5es adicionais, ela estaria ausente do universo observ\u00e1vel, o que equivaleria a burlar momentaneamente o princ\u00edpio da conserva\u00e7\u00e3o da energia…?<\/p>\n
Berkovits: A resposta \u00e0 sua pergunta \u00e9 sim. Em princ\u00edpio, poder\u00edamos observar as novas dimens\u00f5es pela viola\u00e7\u00e3o da conserva\u00e7\u00e3o de energia em quatro dimens\u00f5es. [Representemos essa energia por] “E4”. Mas a energia fica conservada se fosse medida incluindo as velocidades em todas as dimens\u00f5es. [Representemos a energia medida assim por] “E11”. (…) Entao \u00e9 mais apropriado chamar E11 de energia (o que mant\u00e9m o princ\u00edpio de conserva\u00e7\u00e3o da energia) do que E4 (o que violaria o princ\u00edpio).Um fato importante \u00e9 que, se supusermos que as sete dimens\u00f5es adicionais s\u00e3o microsc\u00f3picas, as part\u00edculas com componentes diferentes de zero nessas dimens\u00f5es ter\u00e3o massas muito maiores do que as part\u00edculas at\u00e9 agora detectadas em aceleradores. (…) Se pudermos criar part\u00edculas com massas suficientemente grandes nos aceleradores, poderemos medir a viola\u00e7\u00e3o da conserva\u00e7\u00e3o da energia E4.<\/p>\n
Pergunta: H\u00e1 alguma raz\u00e3o especial para todas essas teorias, desde a relatividade geral, terem diferentes n\u00fameros de dimens\u00f5es espaciais, mas uma s\u00f3 de tempo?<\/p>\n
Berkovits: Embora voc\u00ea possa construir teorias com mais que uma dimens\u00e3o temporal, elas n\u00e3o seriam consistentes com a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica. A mec\u00e2nica qu\u00e2ntica pode ser formulada com qualquer n\u00famero de dimens\u00f5es espaciais, mas ela precisa ter somente uma dimens\u00e3o temporal.<\/p>\n
Pergunta: At\u00e9 alguns anos atr\u00e1s, havia cinco vers\u00f5es para as teoria das supercordas, o que era um tanto inc\u00f4modo; por\u00e9m, foi demonstrado que essas vers\u00f5es eram apenas vers\u00f5es diferentes de uma \u00fanica teoria mais ampla, com 10 ou 11 dimens\u00f5es para o espa\u00e7o-tempo, a que se chamou Teoria M. Entretanto, agora existe tamb\u00e9m a teoria F, uma vers\u00e3o de 12 dimens\u00f5es. A exist\u00eancia das duas teorias M e F pode ser encarada como um problema an\u00e1logo ao que se tinha antes da teoria M? \u00c9 poss\u00edvel que venham a ser englobadas em outra maior, como aconteceu com a M?<\/p>\n
Berkovits: O nomes diferentes geram uma confus\u00e3o. A id\u00e9ia que surgiu nos anos 90, e que j\u00e1 foi verificada, \u00e9 que existem v\u00e1rias maneiras de descrever a mesma teoria. O n\u00famero de dimens\u00f5es da teoria depende do ponto de vista. Por exemplo, as 5 teorias de supercordas [que voc\u00ea mencionou] existem em 10 dimens\u00f5es, mas todas essas cinco teorias cont\u00eam uma part\u00edcula chamada “dilaton”, que mede a constante de acoplamento [par\u00e2metro que determina a intensidade da for\u00e7as fundamentais] da teoria. J\u00e1 a teoria M existe em 11 dimens\u00f5es e n\u00e3o tem o dilaton. Mas foi mostrado que, se a dimensao 11 fosse um c\u00edrculo de raio R, o raio R pode ser reinterpretado como a constante de acoplamento de uma teoria em 10 dimens\u00f5es. Esta teoria em 10 dimens\u00f5es \u00e9 uma teoria das supercordas. A teoria F, por sua vez, existe em 12 dimens\u00f5es. Agora, se a dimensao 11 fosse um c\u00edrculo de um certo raio e a dimens\u00e3o 12 fosse um c\u00edrculo com um outro raio, os dois raios poderiam ser reinterpretados como o dilaton e uma outra part\u00edcula, chamada “\u00e1xion”. Ent\u00e3o, a teoria F tamb\u00e9m est\u00e1 relacionada com uma teoria das supercordas. Assim, todas essas descric\u00f5es com dimens\u00f5es diferentes est\u00e3o descrevendo a mesma teoria. A descri\u00e7\u00e3o que voc\u00ea usa depende de se voc\u00ea interpreta uma part\u00edcula como uma dimens\u00e3o espacial ou uma constante de acoplamento. Pode tamb\u00e9m haver outras descri\u00e7\u00f5es da teoria (al\u00e9m da M e da F), que ainda n\u00e3o foram desenvolvidas.<\/p>\n
O formalismo com spinores puros<\/p>\n
Pergunta: Poderia falar um pouco sobre o “formalismo com spinores puros”? Sua import\u00e2ncia, eventuais desdobramentos…<\/p>\n
Berkovits: O formalismo que desenvolvi para descrever a supercorda foi baseado nos formalismos anteriores, mas ele tem a vantagem de preservar mais “simetrias” da teoria. A teoria das supercordas tem as simetrias de rota\u00e7\u00e3o e “boosts” de Lorentz, mas tamb\u00e9m tem supersimetria, que \u00e9 uma simetria que relaciona b\u00f3sons e f\u00e9rmions (as part\u00edculas s\u00e3o divididas em dois tipos: b\u00f3sons e f\u00e9rmions. F\u00f3tons e gr\u00e1vitons s\u00e3o exemplos de b\u00f3sons. El\u00e9trons e quarks s\u00e3o exemplos de f\u00e9rmions). Meu formalismo consegue preservar todas essas simetrias, o que n\u00e3o foi possivel usando os formalismos anteriores. O formalismo \u00e9 \u00fatil para fazer c\u00e1lculos ou descrever a teoria em situa\u00e7\u00f5es onde a supersimetria \u00e9 importante. Por exemplo, o formalismo \u00e9 \u00fatil para descrever a supercorda em situa\u00e7\u00f5es onde b\u00f3sons e f\u00e9rmions est\u00e3o interagindo.<\/p>\n
Pergunta: Desde 2000, a data da publica\u00e7\u00e3o desse seu trabalho, houve algum desdobramento interessante?<\/p>\n
Berkovitz: H\u00e1 aplica\u00e7\u00f5es te\u00f3ricas. Dependendo de qual problema est\u00e1 se tentando estudar, pode haver vantagens ou desvantagens [no uso do meu formalismo]. Se as pessoas querem estudar supersimetria, o meu formalimso tem vantagem sobre os outros. Agora, dependendo de qual tipo de c\u00e1lculo est\u00e3o tentando fazer, usam uma descri\u00e7\u00e3o ou outra. Por exemplo, existe uma coisa chamada “conjectura de Maldacena”, que relaciona alguns aspectos de cordas com intera\u00e7\u00f5es fortes (dos quarks). Para estas rela\u00e7\u00f5es entre cordas e intera\u00e7\u00f5es fortes, a supersimetria tem papel importante. Por isso, \u00e9 muito dif\u00edcil estudar essa rela\u00e7\u00e3o usando as descri\u00e7\u00f5es anteriores. Algumas pessoas est\u00e3o tentando usar o meu formalismo para estudar essa conjectura.<\/p>\n
Pesquisa b\u00e1sica<\/p>\n
Pergunta: A pesquisa b\u00e1sica costuma render dividendos – a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica, por exemplo, levou \u00e0 inven\u00e7\u00e3o do trans\u00edstor. Por\u00e9m, no caso de uma teoria como a das supercordas (entre v\u00e1rias outras), sem qualquer possibilidade de aplica\u00e7\u00e3o pr\u00e1tica, qual a justificativa para se investir dinheiro e c\u00e9rebros em pesquisas nessa \u00e1rea?<\/p>\n
Berkovits: A resposta j\u00e1 est\u00e1 contida na sua pergunta. Quando a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica foi desenvolvida, ningu\u00e9m imaginou que ela teria conseq\u00fc\u00eancias como a inven\u00e7\u00e3o do trans\u00edstor. Era uma constru\u00e7\u00e3o matem\u00e1tica que ajudou a entender alguns fatos que n\u00e3o concordaram com o modelo cl\u00e1ssico do seculo XIX. Neste momento, temos alguns fatos (por exemplo, gravita\u00e7\u00e3o na escala subat\u00f4mica) que n\u00e3o concordam com as teorias do s\u00e9culo XX. Nao sei se surgir\u00e3o inven\u00e7\u00f5es como o trans\u00edstor da teoria das supercordas em 50 anos, mas a teoria j\u00e1 afetou v\u00e1rias outras \u00e1reas da f\u00edsica te\u00f3rica. Se a teoria realmente descreve nosso universo, com certeza ela ter\u00e1 conseq\u00fc\u00eancias para as \u00e1reas mais aplicadas da f\u00edsica.<\/p>\n
Pergunta: E no caso do Brasil?<\/p>\n
Berkovits: Existe uma falta de tradi\u00e7\u00e3o em ci\u00eancia no Brasil. Por alguma raz\u00e3o, os brasileiros (diferentemente, por exemplo, dos argentinos) pensam que ci\u00eancia boa somente pode ser feita no exterior. Esta falta de tradi\u00e7\u00e3o desestimula os alunos bons a estudar ci\u00eancia. A motiva\u00e7\u00e3o para estudar ci\u00eancia (e especialmente f\u00edsica te\u00f3rica) vem da curiosidade sobre nosso Universo, e n\u00e3o do desejo de inventar alguma coisa. Com certeza, n\u00e3o seria bom se todos os alunos bons entrassem na \u00e1rea de f\u00edsica te\u00f3rica. Mas \u00e9 importante para o aluno brasileiro saber que, se ele tiver as qualifica\u00e7\u00f5es necess\u00e1rias, ser\u00e1 poss\u00edvel estudar f\u00edsica te\u00f3rica num n\u00edvel elevado dentro do seu pa\u00eds.<\/p>\n
Pergunta: Qual seria o melhor caminho para um estudante de p\u00f3s-gradua\u00e7\u00e3o em f\u00edsica aprender a teoria das supercordas?<\/p>\n
Berkovits: Existem dois livros excelentes para alunos de p\u00f3s-gradua\u00e7\u00e3o em fisica que querem estudar supercordas. Um \u00e9 do Polchinski (String Theory, vol. 1 e 2, Cambridge University Press) e um de Green, Schwarz e Witten (Superstring Theory, vol. 1 e 2, Cambridge University Press). Os dois livros sup\u00f5em conhecimento b\u00e1sico de teoria qu\u00e2ntica de campos e relatividade geral; por exemplo, conhecimento no n\u00edvel de um mestrado em f\u00edsica.
\nBaseado em:Debate com Nathan Berkovits na Ciencialist<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Categoria: Fisica N\u00edvel: Avan\u00e7ado Nathan Berkovits explica as supercordas por: Roberto Belis\u00e1rio Redator da revista ComCi\u00eancia O f\u00edsico Nathan Jacob Berkovits, do Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica da Universidade Estadual de S\u00e3o Paulo (IFT\/Unesp), \u00e9 um dos principais pesquisadores no Brasil sobre a teoria das supercordas \u2013 segundo ele, a primeira teoria consistente com os dois pilares da F\u00edsica Moderna: a Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica e a Relatividade Geral. Isso faz dela uma s\u00e9ria candidata a substituir a teoria sobre part\u00edculas elementares atualmente usada, o Modelo Padr\u00e3o, que n\u00e3o incorpora a Relatividade Geral. Berkovits participou, durante a semana de 5 a 9 de <\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[8,17],"tags":[],"class_list":["post-228","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencialist","category-fisica"],"aioseo_notices":[],"amp_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/228","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=228"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/228\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4984,"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/228\/revisions\/4984"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=228"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=228"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.gluon.com.br\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=228"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}