Por que o universo é apenas quadrimensional?
Nos anos 80, os físicos estavam desesperados para unificar as quatro forças fundamentais do universo em uma única força abrangente.Sua primeira tentativa se desenvolveu no que foi chamado desupergravidade,mas devido a uma série de inconsistências e previsões não confirmadas, ele teve que ser descartado. Outra teoria florescente foi a Teoria das Cordas.Nascido na década de 1970, a teoria foi amplamente ignorada até a década de 1980, quando sua popularidade foi revivida e os físicos começaram a estudá-la seriamente. A teoria das cordas continua sendo uma de nossas melhores suposições para uma compreensão completa dos caminhos do Universo, mas de acordo com a teoria, o universo existe em 26 dimensões! É, portanto, estranhamente particular que só nos exponhamos a quatro delas – três dimensões intercambiáveis do espaço e uma descoberta, há um século atrás, do tempo.
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O absurdo incomodou filósofos e – depois – físicos desde então, para sempre. Eles são curiosos demais para aceitar a realidade como ela é, sem qualquer escrúpulo ou ceticismo; eles querem saber porque a realidade é do jeito que é. No entanto, um artigo recentemente publicado na Europhysics Letters (EPL) parece revelar porque o nosso Universo só pode existir em 4 dimensões.
Densidade de energia livre de Helmholtz
Quando vistas de uma distância suficientemente grande, as dimensões deixam de existir. É somente quando vemos um objeto a uma distância próxima que uma dimensão surge. De uma distância considerável, um pedaço de papel parece ser um único ponto, parece ser unidimensional. No entanto, à medida que nos aproximamos, os quatro lados serão gradualmente revelados a nós. Agora, quando chegamos ainda mais perto, descobrimos a terceira dimensão: profundidade.
Contemplar a quarta dimensão é, eu concordo, um pouco difícil, mas esse é o assunto de outro artigo. Basicamente, entendemos que novas ou mais altas dimensões emergem à medida que nos aprofundamos mais e mais. Como uma cebola, as dimensões são enroladas em várias camadas. Existe uma presunção aparente de que todas as dimensões prevaleceram juntas apenas uma fração de um instante após o Big Bang, mas por algum motivo, o universo então decidiu desdobrar e achatar apenas os quatro primeiros. Os físicos suspeitam que as outras dimensões são curvas e enroladas em um espaço de aproximadamente um milhão de milhões de milhões de milionésimos de milionésimos de polegada!
Espessura. Crédito da foto: Pixabay
Então, por que apenas quatro? Bem, o artigo sugere que os outros estão proibidos de se desdobrarem pela segunda lei da termodinâmica, uma lei fundamental do universo. De acordo com o jornal, o universo dos recém-nascidos estava repleto de radiação e densidade de energia livre de Helmholtz, uma quantidade termodinâmica que exerce pressão sobre o espaço.
Apenas segundos depois do Big Bang, enquanto o universo instantaneamente esfriava, a densidade de Helmholtz atingiu seu valor máximo e o universo imediatamente “congelou”. Nesta fase, o universo, que existia anteriormente em todas as dimensões que acreditamos existir, foi limitado a apenas quatro deles. A única maneira de o nosso universo se desdobrar em mais dimensões é se ele existe acima de uma temperatura crítica, uma temperatura infernal que certamente prevaleceu um mero segundo depois de ter sido criada.
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A descoberta dos físicos é análoga às transições de fase pelas quais a água sofre. A única maneira de um bloco de gelo se transformar em água líquida é quando ele é submetido ao calor. Embora essa teoria tenha ganhado força apenas recentemente, o princípio para o qual sempre nos voltamos para responder a tais dilemas notórios é o princípio antrópico.
O Princípio Antrópico
De acordo com o princípio antrópico, se o universo fosse diferente, não existiriam espécies inteligentes que questionassem sua constituição elegante.
A segunda lei da termodinâmica explica principalmente por que o tempo só se move em uma única direção, a qual chamamos de “frente”. A lei prevê que a direção do tempo em nosso universo se move na mesma direção em que a desordem aumenta. No entanto, esse raciocínio está incompleto. Um argumento convincente é realizado apenas quando combinamos a lei com o princípio antrópico. Este é um trecho de um artigo anterior que escrevi explicandoporque o tempo só se move em uma direção:
“Se podemos reconhecer o papel da sorte em trazer uma flor ou fruto para a vida, por que não podemos fazer o mesmo quando falamos sobre nós mesmos?
Se os ventos eram tempestuosos naquele dia ou o solo era mais inflexível, a flor não poderia ter nascido. Da mesma forma, se as condições do universo fossem diferentes, a vida inteligente capaz de perguntar “por que o tempo flui em apenas uma direção?” Não poderia ter brotado. Nós vemos o universo do jeito que é porque, se fosse diferente, não estaríamos aqui para observá-lo! Isso é chamado de princípio antrópico. Sei que isso parece cínico e difícil de compreender, mas certamente parece verdadeiro, a menos, é claro, que encontremos evidências em contrário.
Nós medimos o tempo na direção do aumento da desordem porque vivemos na fase de expansão, a fase que favorece a vida inteligente. Isso não seria possível na fase de contração, pois a vida capaz de medir o tempo não seria possível durante a fase de contração ”.
Assim como a entropia parece aumentar e, portanto, o tempo com ela porque o universo ainda está em fase de expansão, a fase que favorece o surgimento da vida inteligente, vivenciamos o universo em apenas quatro dimensões porque é a prevalência de apenas quatro dimensões propício para o início e sustentação da vida inteligente.
Se o universo tivesse sido bidimensional, os organismos teriam sido incapazes de se mover umaooutro. Em vez disso, eles seriam obrigados a superar outro organismo ou deslizar abaixo de um. As maneiras intrincadas pelas quais os alimentos são digeridos e quebrados ou o sangue circula pelos nossos corpos seriam impossíveis de alcançar em corpos 2D. Nós, espécies inteligentes perguntando por que o universo tem quatro dimensões, simplesmente não existiriam.
(Crédito da foto: Edwin Abbott Abbott / Wikimedia Commons)
De fato, a própria biologia, mesmo da ordem mais simples, pereceria, já que a Terra seria incapaz de girar em torno do sol. A força da gravidade diminui quatro vezes quando a distância entre dois corpos é duplicada, mas o declínio é cinco vezes em cinco dimensões e seis vezes em seis dimensões. Em um universo dimensional mais elevado, a Terra pode não ser capaz de alcançar uma órbita estável ao redor do Sol e, portanto, congelar até a morte.
Talvez a compressão gravitacional e a expansão gasosa que formavam o sol ocorressem de maneira diferente nas dimensões superiores, em comparação com a forma como ocorrem em quatro dimensões. Talvez o próprio sol colapsasse prematuramente em um buraco negro, se quiséssemos mexer nas leis da gravidade. Mesmo os átomos em dimensões mais altas, os físicos descobriram, não se reuniram e formaram moléculas complexas que poderiam subsequentemente constituir uma vida complexa.
A vida não teria sido possível sem o sol. (Crédito da foto: Subham Dey)
Stephen Hawking citou o princípio antrópico em suaBreve História do Tempoenquanto especulava sobre a dimensionalidade estranhamente particular do universo. Embora seja indiscutível, agora entendemos que isso não explica sua causa, algo que o artigo publicado na EPL faz. No entanto, a proposta ainda está para ser validada.
Se eventualmente for, podemos superar esse mistério em nossa longa lista de enigmas perenes de nossa espécie. Esse tipo de confirmação também seria tremendamente encorajador para os físicos, pois representaria um enorme salto em nossa busca para unificar as quatro forças fundamentais e, finalmente, nossa compreensão de como o universo nasceu, como ele cresce e para onde ele pode se dirigir.
