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Em busca de uma teoria final
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Pesquisa pretende
unificar as forças
básicas da
natureza
Um dos maiores desafios da Física moderna é desenvolver uma teoria que descreva de forma unificada todos os fenômenos do Universo. O grande obstáculo é a incompatibilidade entre duas das principais teorias físicas deste século, a relatividade geral e a mecânica quântica. Esse desafio é o tema da pesquisa de Victor de Oliveira Rivelles, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (Ifusp) e dedicado ao problema desde os anos 80.
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Cada uma dessas teorias desempenha perfeitamente seu papel quando é aplicada no contexto em que foi criada. Mas cada uma fracassa ao ser aplicada aos fenômenos descritos pela outra. Por que, então, modificá-las em vez de deixá-las como estão?
A idéia de unificação é a mola propulsora dos principais avanços da Física desde seus primórdios. Até o século 17, o movimento dos corpos terrestres e celestes era considerado distintamente. Os corpos terrestres tenderiam a parar depois de se movimentar por algum tempo, devido à sua natureza terrena. Já os corpos celestes, como o sol, a lua e os planetas, se moveriam eternamente o que seria uma demonstração de seu caráter divino.
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A mecânica clássica, formulada pelo físico inglês Isaac Newton (1642-1727), mostrou que os corpos terrestres e celestes obedecem às mesmas leis de movimento, ao dar uma descrição unificada para ambos. Suas idéias causaram uma mudança filosófica e religiosa profunda, pois mostraram, matematicamente, que o movimento dos corpos nos céus era puramente material.
Ao sintetizar teorias que pareciam antagônicas, os cientistas conseguem descrever um número maior de fenômenos com menos hipóteses e também prever fenômenos futuros. Newton, por exemplo, baseado em sua teoria, previu a data exata do retorno do cometa Halley.
O físico alemão Albert Einstein (1879-1955), segundo seu biógrafo Abraham Pais (em Einstein Viveu Aqui, Nova Fronteira, 1997, Rio de Janeiro), disse que a teoria física tem dois anseios: englobar o máximo possível de fenômenos e suas conexões e alcançar isso com base no menor número possível de conceitos independentes e relações arbitrariamente pressupostas.
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O objetivo fundamental da unificação de teorias físicas é, portanto, obter modelos mais eficazes para explicar e controlar a natureza. Foi o que Einstein obteve em 1915 ao formular a relatividade geral: uma teoria da gravitação mais abrangente que a de Newton. |
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Duas teorias
incompatíveis
A mecânica quântica nasceu em 1900, com a teoria de Max Planck (1858-1947), segundo a qual a energia não se propaga num fluxo contínuo, mas por meio de pequenos pacotes de energia, os quanta. Isso permitiu dois avanços: a proposição de Albert Einstein, em 1905, de que a luz também se propagaria por meio de pacotes de energia e o modelo atômico do dinamarquês Niels Bohr (1892-1987).
Ainda em 1905, Einstein formulou a teoria da relatividade restrita, baseada na proposição de que nenhum corpo pode alcançar velocidade superior à da luz no vácuo (300 mil km/s). Depois, mostrou a equação E=mc2 (energia é igual à massa multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz).
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E, em 1915, lançou a teoria da relatividade geral, mostrando que a gravidade de um corpo deforma o espaço e o tempo a seu redor. Essa tese foi comprovada alguns anos depois num eclipse solar em Sobral, no Ceará: comparando-se posições de estrelas ao redor do sol antes e durante o eclipse, constatou-se que, vistas daqui, elas pareciam estar mais próximas devido à passagem dos raios de luz delas perto do campo gravitacional do sol.
A relatividade geral inspirou outras teorias, como a da expansão do Universo, pelo norte-americano Edwin Hubble (1889-1953), em 1929, e a da formação dos buracos negros pelo indiano-norte-americano Subrahmanyan Chandrasekhar (1910- 1995), em 1931. Em 1997, Wei Cui, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, e colaboradores da Nasa, a agência espacial dos Estados Unidos, anunciaram a |
descoberta de buracos negros arrastando o espaço-tempo ao seu redor, o que comprovava previsões feitas a partir da relatividade geral 80 anos antes, quando ainda não havia incompatibilidade com a teoria quântica. Em 1924, o francês Louis-Victor de Broglie (1892-1987) propôs a dualidade onda-partícula, o que lhe valeu o Prêmio Nobel de Física cinco anos depois: mostrou que o elétron pode apresentar comportamento de onda e também de partícula.
Três anos depois foi a vez de Werner Heisenberg, com o princípio da incerteza. Contrariando toda a tradição da mecânica clássica, em que a posição e a velocidade de um corpo sempre poderiam ser determinadas precisamente, Heisenberg mostrou que no domínio quântico é impossível determinar ambas com precisão simultaneamente. Einstein jamais aceitou essa formulação. |
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