Nosso Universo pode ter uma quinta dimensão que mudaria tudo o que sabemos sobre a física

O que mais poderia haver além das três dimensões do espaço e uma do tempo?

E como podemos começar a concebê-lo?

Leiam abaixo dois artigos publicados em setembro de 2021, na Science Focus e na Interesting Engineering.

Marcus Chown – 04 de setembro de 2021 

https://www.sciencefocus.com/

Em 1905, Albert Einstein mostrou em sua Teoria da Relatividade Especial que o espaço está intimamente conectado ao tempo através do limite de velocidade cósmica da luz e assim, estritamente falando, vivemos em um Universo com quatro dimensões de espaço-tempo.

Para os propósitos do dia-a-dia, porém, pensamos no Universo em três dimensões de espaço (norte-sul, leste-oeste, cima-baixo) e uma dimensão de tempo (passado-futuro).

Nesse caso, uma quinta dimensão seria uma dimensão extra do espaço!

Essa dimensão foi proposta de forma independente pelos físicos Oskar Klein e Theodor Kaluza na década de 1920, inspirados pela teoria da gravidade de Einstein, que mostrou que a massa deformava o espaço-tempo quadridimensional.

Como não podemos perceber essas quatro dimensões, atribuímos movimento na presença de um corpo massivo, como um planeta, não a essa curvatura (essa deformação citada acima), mas a uma “força” da gravidade. Poderia a outra força conhecida na época (a força eletromagnética) ser explicada pela curvatura de uma dimensão extra do espaço?

Kaluza e Klein descobriram que sim, mas, como a força eletromagnética era 1.040 vezes mais forte que a gravidade, a curvatura da dimensão extra tinha que ser tão grande que fosse enrolada muito menor do que um átomo e seria impossível notar.

Quando uma partícula como um elétron viajou pelo espaço, invisível para nós, ela estaria dando voltas e mais voltas na quinta dimensão, como um hamster em uma roda.

A teoria pentadimensional de Kaluza e Klein sofreu um sério golpe com a descoberta de mais duas forças fundamentais que operavam no reino do núcleo atômico: as forças nucleares forte e fraca.

Mas a ideia de que dimensões extras explicam as forças foi revivida meio século depois pelos proponentes da “teoria das cordas“, que vê os blocos de construção fundamentais do Universo não como partículas, mas como minúsculas “cordas” de massa-energia.

Para imitar todas as quatro forças, as cordas vibram em um espaço-tempo de 10 dimensões, com seis dimensões do espaço enroladas muito menores do que um átomo.

A teoria das cordas deu origem à ideia de que nosso Universo pode ser uma ilha tridimensional, ou ‘brana’, flutuando em um espaço-tempo de 10 dimensões.

Isso levantou a possibilidade intrigante de explicar por que a gravidade é tão extraordinariamente fraca em comparação com as outras três forças fundamentais.

Enquanto as forças são fixadas na brana, continua a ideia, a gravidade vaza para as seis dimensões espaciais extras, diluindo enormemente sua força na brana.

Existe uma maneira de ter uma quinta dimensão maior, que é curvada de tal forma que não a vemos, e isso foi sugerido pelos físicos Lisa Randall e Raman Sundrum em 1999.

Uma dimensão espacial extra pode até explicar uma das os grandes mistérios cósmicos: a identidade da ” matéria escura “, a matéria invisível que parece ter mais peso do que as estrelas e galáxias visíveis por um fator de seis.

Em 2021, um grupo de físicos da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz, Alemanha, propôs que a gravidade de partículas até então desconhecidas se propagando em uma quinta dimensão oculta poderia se manifestar em nosso Universo quadridimensional como a gravidade extra que atualmente atribuímos à matéria escura.

Embora seja uma possibilidade empolgante, vale a pena ressaltar que não faltam candidatos possíveis para matéria escura, incluindo partículas subatômicas conhecidas como axions, buracos negros e matéria no tempo reverso do futuro!

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Os físicos dizem que uma quinta dimensão pode estar no horizonte

Nossa compreensão do universo pode precisar de uma redefinição.

Ameya Paleja – 10 de setembro de 2021

https://interestingengineering.com/

Os cientistas costumam ser questionados se fazem novos experimentos no laboratório ou se ficam repetindo os mais antigos para saber os resultados com certeza. 

Embora a maioria dos cientistas faça o primeiro, o progresso da ciência também depende de fazer o último e de confirmar se o que acreditamos saber é verdadeiro à luz das novas informações.

Quando pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) examinaram a estrutura e as propriedades do muito estudado silício novamente em novos experimentos, as revelações lançaram luz sobre uma possível região para encontrar a ‘quinta força’. Isso pode nos ajudar a melhorar nossa compreensão de como a natureza funciona, diz um comunicado à imprensa .   

Para dar sentido ao mundo, simplesmente, tudo o que precisamos são três dimensões do espaço, ou seja;

  • norte-sul, leste-oeste,
  • cima-baixo,
  • uma dimensão do tempo, ou seja, passado-futuro. 

Mas, como Albert Einstein sugeriu em sua teoria da gravidade, a massa distorce as dimensões do espaço-tempo. 

Além da gravidade, a única força eletromagnética conhecida na década de 1920,  Oskar Klein e Theodor Kaluza propuseram a teoria de cinco dimensões para explicar as forças da natureza, explica o Science Focus da BBC .

No entanto, a descoberta de forças nucleares fortes e fracas impulsionou o modelo de Klein e Kaluza e foi usado junto com as forças eletromagnéticas para reunir o Modelo Padrão, que consegue explicar a maioria, mas não todas as coisas na natureza. 

À medida que os físicos se movem em direção à Teoria das Cordas para explicar melhor por que a gravidade é tão fraca, ela também reabre a possibilidade de uma quinta dimensão massiva, que também poderia explicar a existência de matéria escura .

Em suas tentativas de entender melhor a estrutura cristalina do silício, os pesquisadores do NIST direcionaram o elemento com nêutrons e observaram a intensidade, os ângulos e as intensidades dessas partículas para fazer inferências sobre a estrutura. 

Conforme os nêutrons passam pela estrutura cristalina, eles produzem ondas estacionárias tanto no meio quanto no topo de fileiras ou camadas de átomos

Quando essas ondas interferem, elas produzem padrões fracos chamados oscilações pendellösung, que revelam informações sobre as forças que os nêutrons enfrentam dentro da estrutura. 

Cada força opera por meio de partículas portadoras cujo alcance é inversamente proporcional à sua massa. 

Portanto, uma partícula como um fóton sem massa tem alcance ilimitado e vice-versa. 

Colocando entre parênteses, o intervalo sobre o qual uma força pode atuar, pode-se limitar sua força também. 

Os experimentos recentes foram capazes de restringir a força da quinta força potencial em uma escala de comprimento entre 0,02 e 10 nanômetros, fornecendo um intervalo para procurar a quinta dimensão, na qual essa força atua. 

Novos estudos nessa área poderiam levar à descoberta da quinta dimensão e, pela primeira vez nas escolas, os professores de física teriam que se familiarizar com um conceito abstrato, junto com os alunos.  

Artigo original: https://interestingengineering.com/physicists-say-that-a-fifth-dimension-could-be-on-the-horizon

 

 

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