A Teoria de tudo é um dos grandes sonhos dos físicos. Decerto, há vários físicos que acreditam e buscam o desenvolvimento de uma teoria física unificada, isto é uma teoria da física que una os conceitos teóricos já estabelecidos de forma consistente. Com efeito, essa ideia é em sí a chamada Teoria de tudo, nesse escopo todas as interações elementares da física deveriam seguir um mesmo conjunto de axiomas e equações fundamentais. Por conseguinte, na Teoria de tudo as atuais teorias físicas seriam, na verdade, apenas casos particulares tirados do seu grande domínio.

Entretanto, essa Teoria ainda se apresenta como um sonho distante na física e talvez até mesmo impossível de ser concebida. Decerto, talvez a própria na Natureza não tenha seu funcionamento guiado sobre um único preceito. Assim, a atual descrição em teorias para diferentes regimes seja efetivamente a forma precisa de estabelecermos o nosso conhecimento e nossa interação com a natureza.

Todavia, de qualquer modo a possibilidade de termos essa teoria por si só já é empolgante e inclusive era um desejo de grandes nomes da história da física. Nesse sentido, nós dá MeuGuru trouxemos esse artigo para você, aqui discutiremos alguns detalhes dessa possível teoria que seria o sonho e desejo de vários físicos da atualidade e de alguns de gerações antigas.

O que é a Teoria de tudo ?

De início, é importante entendermos de forma efetiva o que é a Teoria de tudo. Com efeito, o termo “teoria de tudo” foi popularizado pelo físico teórico John Archibald Wheeler na década de 1960 para a descrição de uma nova teoria física. Em verdade, a Teoria de tudo seria uma teoria hipotética na física que busca unificar as leis fundamentais do universo. Assim, ela tem como objetivo fornecer uma explicação única e abrangente para todas as forças fundamentais da natureza, como a gravidade, o eletromagnetismo e as forças nucleares.

Dessa forma, essa teoria idealizada procuraria descrever consistentemente tanto o mundo macroscópico quanto o mundo microscópico, integrando a relatividade geral, que descreve a gravidade em grandes escalas, com a mecânica quântica, que descreve o comportamento das partículas subatômicas.

De fato, a proposta da Teoria de tudo é suficientemente ousada uma vez que a integração da relatividade (descrição geométrica de um espaço contínuo) com a mecânica quântica é por vezes inconcebível. Atualmente, vários físicos e matemáticos buscam estabelecer teorias e versões quânticas para uma teoria da gravitação, porém, ainda sem sucesso.

O sonho de Einstein com a Teoria de tudo

Certamente, por mais que o termo tenha se popularizado apenas em 1960 grandes nomes da física já buscavam encontrar tal teoria. Com efeito, grandes nomes como Albert Einstein dedicaram uma parte significativa de suas carreiras tentando encontrar uma teoria que unificasse todas as forças fundamentais.

Ademais, outro grande nome da física que caminhou nessa direção foi o físico Stephen Hawking. De fato, Hawking trabalhava no estudo do comportamento de buracos negros (corpos supermassivos) e na possibilidade de emissão de radiação desses corpos. Decerto, os cálculos de Hawking, ao considerar efeitos quânticos nas proximidades do horizonte de eventos mostraram que esses corpos, mesmo sendo supermassivos e conseguindo até mesmo engolir a luz em suas proximidades, emitiam uma dada radiação a qual recebeu o nome de radiação Hawking.

Assim, a concepção da existência da radiação Hawking marca o início da introdução de efeitos quânticos nos regimes das grandes escalas de tamanho dominadas pela descrição da relatividade. Posteriormente, vários estudos foram conduzidos com intuito de aprimorar e estender os resultados de Hawking, em particular, podemos citar o desenvolvimento dos modelos análogos de gravitação, os quais permitiram, inclusive, a verificação do análogo da radiação Hawking por partículas de sons em água.

Por que unificar as leis da física ?

Em suma a Teoria de tudo consiste na unificação das quatro interações fundamentais as quais apresentamos no quadro a seguir.

em que temos:

• Interação gravitacional. É a interação que ocorre em corpos macroscópicos em virtude de suas massas.
• Interação eletromagnética. É a interação que ocorre devido a criação de campos eletromagnéticos decorrente a existência de cargas e seus movimentos.
• Interação nuclear forte. É a mais intensa de todas as interações e ela é a interação que consegue manter a existência e estrutura atômica coesa.
• Interação nuclear fraca. É uma interação de menor escala que a interação nuclear forte e eletromagnética e ocorre apenas em pequenas escalas, em particular, apenas dentro do núcleo atômico. Ela é responsável pelo decaimento radioativo dos elementos.

Nesse sentido, é interessante entendermos por que unificar essas interações seria de imenso valor para a física. Com efeito, haveria diversos motivos interessantes para isso em particular tal unificação ofereceria uma compreensão mais holística e integrada da natureza fundamental das forças que governam a natureza.

De fato, temos conhecimentos de teorias que já conseguiram prover unificações. Em verdade, a própria teoria eletromagnética é um exemplo desse tipo uma vez que essa teoria proveu a unificação da teoria elétrica e da teoria magnética criando então a descrição fundamental que conhecemos hoje dada pela eletrodinâmica clássica. Ademais, outro grande exemplo e sucesso nessa área é o chamado Modelo Padrão da física de partículas.

O Modelo Padrão (MP) da física de partículas

Decerto, um exemplo notável de sucesso na unificação das interações é o Modelo Padrão da física de partículas (MP). O Modelo Padrão é uma teoria que descreve as três interações fundamentais – eletromagnetismo, interação forte e interação fraca – em um único arcabouço teórico. Ele foi desenvolvido ao longo de décadas de pesquisa e experimentos, e tem sido confirmado por uma ampla gama de observações. Além disso, a melhor previsão teórica que temos conhecimento da natureza, a predição do valor g do elétron, é dada pelo arcabouço que tange o modelo padrão.

O Modelo Padrão é baseado na teoria de gauge, que postula a existência de campos de força mediados por partículas intermediárias chamadas bósons de gauge. Essa abordagem permite descrever as interações entre partículas elementares de forma consistente e precisa. Além disso, o Modelo Padrão também incorpora o mecanismo de Higgs, que explica a origem da massa das partículas elementares.

A unificação das interações no Modelo Padrão tem sido um triunfo da física teórica e experimental, fornecendo uma descrição precisa e bem-sucedida das partículas e forças fundamentais. No entanto, o Modelo Padrão ainda não incorpora a gravidade em sua estrutura. A gravidade é descrita pela teoria da relatividade geral de Einstein, que é uma teoria clássica e não quântica.

O estado da arte para a Teoria de tudo ?

Atualmente a Teoria de tudo encontra-se em um possível limbo. De fato, vários estudos ao longo desde dos resultados de Einstein vem sendo desenvolvidos sem sucessos na obtenção dessa teoria. Todavia, há algumas teorias como:

• Teoria das cordas,
• Teoria das supercordas,
• Teoria M,
• Teoria da Gravitação quântica de laços (Loop Quantum Gravity)

que vem sendo estudadas para tal fim, porém, todas essas teorias ficam concebidas, de forma majoritária num campo matemático e sequer possuem condições de serem postas a prova via realização de algum experimento.

Decerto, ainda não há consenso científico sobre qual abordagem específica é a correta, e a busca por uma teoria de tudo continua sendo um dos principais desafios da física moderna.

Referências

• HAWKING, Stephen. Uma breve história do tempo: do Big Bang aos buracos negros. Tradução de Maria Helena Cruz. 18. ed. Rio de Janeiro: Intrínseca, 2018.
• Gleiser, Marcelo. A dança do universo: dos mitos de criação ao Big Bang. São Paulo: Companhia das Letras, 1997.
• HAWKING, Stephen; MLODINOW, Leonard. O grande projeto: novas respostas para as questões fundamentais da existência. Tradução de Ivo Korytowski. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 2012.
• INSTITUTO DE FÍSICA TEÓRICA (IFT) da Universidade Estadual Paulista (UNESP). Disponível em: https://www.ift.unesp.br/. Acesso em: 15 set. 2023.
• PERIMETER INSTITUTE FOR THEORETICAL PHYSICS. Disponível em: https://perimeterinstitute.ca/. Acesso em: 15 set. 2023.
• CERN – ORGANIZAÇÃO EUROPEIA PARA A PESQUISA NUCLEAR. Disponível em: https://home.cern/. Acesso em: 15 set. 2023.