Afinal, quantas dimensões existem no universo? Existe uma quinta dimensão?
Esse é um prato cheio para os místicos! Parece ficção, magia, fantasia!
Mas o fato é que o universo pode ter outra dimensão, além das dimensões de comprimento, largura e profundidade, e tempo. E elas podem estar tão escondidas, que são indetectáveis por nós. Pelo menos por enquanto…
Há algumas teorias muito bem construídas matemática e fisicamente que preveem a existência das dimensões extras, como as teorias de cordas, das branas e da matéria induzida.
Essa busca por novas dimensões está lá na categoria de grandes mistérios da ciência. A resposta imediata à pergunta sobre quantas dimensões existem no universo, em princípio, comprovada em múltiplos experimentos é: quatro dimensões, sendo três de espaço (largura, altura e profundidade) e o tempo. E o tempo junto com as dimensões espaciais de largura, comprimento e altura, formam o espaço-tempo tetradimensional.
Essa descoberta veio como consequência direta de um dos postulados da Relatividade Especial, de Einstein, que afirma: “A velocidade da luz no vácuo tem o mesmo valor (cerca de 300 mil quilômetros por segundo), quando medida a partir de qualquer referencial inercial. Esse valor independe da velocidade do observador ou da fonte emissora de luz.” Mas a história não parou por aí.
As quatro forças fundamentais do universo
Como se sabe, temos quatro forças fundamentais na natureza: nuclear forte, nuclear fraca, eletromagnética e a gravidade. As três primeiras são muito, mas muito mais intensas que a gravidade, só que elas são eficazes em curto alcance, especialmente nuclear forte e a fraca, que agem em níveis subatômicos.
A gravidade, essa força que faz nosso celular cair no chão, – (com a tela para baixo, claro, para o nosso desespero – , e que mantém a Lua orbitando a Terra, a Terra orbitando o Sol, e mantém toda matéria num Universo em expansão, é muito mais fraca que outras forças fundamentais da natureza. Um pequeno e singelo imã de geladeira é suficiente para criar uma força eletromagnética maior que a força gravitacional exercida pelo planeta Terra inteiro!
Houve uma tentativa de unificar a gravidade e o eletromagnetismo na década de 1920. Foi quando os físicos Oskar Klein e Theodor Kaluza propuseram uma quinta dimensão ao modelo de Einstein, na teoria da relatividade geral. Nesta hipótese, uma quinta dimensão deveria ser uma dimensão de espaço, e ela daria conta de unificar a gravidade com outra força fundamental da natureza conhecida na época, a força eletromagnética. Desde então, nada foi detectado experimentalmente. Nenhum indício, nenhuma evidência, ainda que indireta, de uma quinta dimensão foi detectada. E a teoria acabou deixada de lado.
E como a força eletromagnética é mais de mil vezes mais forte que a gravidade, logo Kaluza e Klein, descobriram que a curvatura da dimensão extra tinha que ser tão grande que poderia estar enrolada em um volume muito menor que um átomo e seria impossível detectá-la. Naquela época se conheciam apenas as duas forças: a gravidade e a força eletromagnética.
O mais duro golpe nesta teoria pentadimensional de Kaluza e Klein aconteceu alguns anos depois com a descoberta das duas outras duas forças fundamentais da natureza.
A partir de então, o problema se inverteu, e o desafio maior passou a ser unificar a Relatividade Geral, que descreve a força gravitacional, com a Teoria Quântica de Campos, que descreve muito bem as outras três forças. É a longa busca por uma “Teoria de Tudo”, ainda longe de ter um final feliz.
Por falar em Teoria Quântica, clicando aqui, você pode ler meu artigo com 2 conceitos que podem ajudar nas suas aproximações sobre os assuntos da física quântica!
Voltando ao assunto, diante do desafio ainda insuperado de unificação da física quântica e da física clássica, entra uma outra explicação possível, e mais moderna, para o fato de a gravidade ser muito mais fraca que as outras três forças fundamentais. É o modelo de Branas proposto pela física teórica americana Lisa Randall e o físico indiano Ramam Sundrum, em 1999, postulando que não sentimos o efeito total dessa força porque parte dela se espalha para dimensões extras.
“Espera um pouco, o quê?!”, – você deve estar aí perguntando. E pode até estar pensando em parar de ler este artigo… Mas, calma, o melhor ainda está por vir, acredite!
Buscando outras dimensões: A hipótese de uma quinta dimensão
Então, de uma vez por todas, como a gente pode observar algo tão pequeno?! Como poderíamos testar se dimensões extras existem de verdade? Uma opção seria encontrar evidências de partículas que só podem existir se dimensões extras forem reais. Teorias provam matematicamente que dimensões extras, da mesma maneira que os átomos, têm um estado fundamental de baixa energia e estados de alta energia excitados, então haveria versões mais pesadas de partículas padrão em outras dimensões.
Essas versões mais pesadas de partículas – chamadas “estados de Kaluza-Klein” – teriam exatamente as mesmas propriedades que as partículas padrão, e, portanto, seriam visíveis para nossos detectores, mas com uma massa maior. Tais partículas pesadas só podem ser reveladas com as altas energias atingidas por aceleradores de partículas muito mais potentes e maiores que Large Hadron Collider (LHC).
Por isso, enquanto um desses aceleradores com a potência necessária não é construído, as partículas que podem ser evidências de dimensões extras ainda estão no campo da pura teoria, mas que tem em si um sentido físico muito robusto.
Outra maneira de revelar dimensões extras seria através da produção de “buracos negros microscópicos“. O que exatamente detectaríamos dependeria do número de dimensões extras, da massa do buraco negro, do tamanho das dimensões e da energia na qual o buraco negro ocorre. Descobrir, no mundo real, mais evidências sobre qualquer uma dessas teorias, abre portas para possibilidades ainda desconhecidas da ciência.
Outra ocasião em que se reviveu a ideia das dimensões extras, dessa vez para unificar de vez as quatro forças, foi a partir dos anos 1970 com o desenvolvimento da Teoria das Cordas. Esse modelo propõe os blocos de construção fundamentais do universo não como partículas (pontinhos minúsculos) mas como pequenas “cordas” de massa e energia. Mas, para descrever todas as quatro forças, as tais cordas devem vibrar em um espaço-tempo de 10 dimensões, com seis dimensões do espaço enroladas muito menores do que um átomo!
Uma proposta para quinta dimensão
Num trabalho publicado recentemente, no qual sou um dos autores, propusemos uma quinta dimensão frente a proposta do espaço-tempo no modelo padrão da Cosmologia, a Teoria do Big Bang. Neste modelo proposto, o nosso universo de quatro dimensões se manifesta, com toda matéria que existe, e se expandindo, na superfície de um universo de cinco dimensões e vazio.
Com isso, estabelecemos, entre outras descobertas, uma explicação para a energia escura, a partir da energia desse vácuo em cinco dimensões, responsável por acelerar a expansão do universo. E comparados os resultados com as observações experimentais mais atuais, obtivemos ótima concordância.
Nessa nossa proposta, a quinta dimensão não necessariamente é espacial, mas estaria associada à massa, isto é, a matéria. Assim, toda matéria existente no nosso universo (de quatro dimensões) é uma manifestação puramente geométrica da dimensão extra.
E por isso, vale pensar em uma hipótese… Vai ver a quinta dimensão sempre esteve diante dos nossos olhos, em toda matéria que vemos e da qual somos feitos. Nós é que ainda não percebemos!
Vamos ver o que o tempo nos reserva. Quem sabe num futuro próximo a gente volte a falar do assunto com comprovação de algumas dessas teorias, não é?
