Ondas gravitacionais poderão comprovar desaparecimento de dimensões

Com informações da Physical Review Focus - 07/04/2011

Os três satélites da missão LISA vão procurar ondas gravitacionais vindas de grandes eventos cósmicos - o Big Bang, por exemplo.
[Imagem: NASA]

Dimensões que somem

Uma nova teoria soluciona alguns problemas da cosmologia e da física de partículas ao propor que o Universo primordial continha menos dimensões espaciais do que as três que nós experimentamos hoje.

E os físicos da Universidade de Nova Iorque, nos Estados Unidos, propõem um teste para a sua teoria usando o observatório espacial LISA (Laser Interferometer Space Antenna), que está sendo projetado para detectar ondas gravitacionais.

Os teóricos afirmam que as ondas gravitacionais não podem existir em menos do que três dimensões. Assim, acima de uma determinada frequência - que identificaria as ondas mais antigas - o observatório LISA não deverá detectar nenhuma onda.

Embora a teoria seja especulativa, alguns cientistas acreditam que os dados dos raios cósmicos já forneceram indícios das dimensões faltantes sob altas energias. A equipe afirma que o novo teste poderá ser mais conclusivo do que os testes anteriores.

A hipótese das dimensões desaparecidas prevê que, sob energias e temperaturas extremamente altas, as três dimensões do espaço que nos são familiares irão se reduzir a duas ou mesmo a uma única dimensão.

Assim, no ambiente quente do início do Universo, haveria menos dimensões. Conforme o Universo foi esfriando, surgiram dimensões adicionais, uma a uma.

Universo com quatro dimensões

A teoria também propõe que nosso Universo atual tem quatro dimensões espaciais, mas nós detectamos apenas uma "fatia" de três dimensões desse espaço quadridimensional.

Essa quarta dimensão espacial do tempo, segundo a teoria, teria fornecido uma energia extra, que turbinou a expansão do Universo.

Esse impulso adicional poderia explicar a aceleração da expansão do Universo, que foi descoberta em 1998 e que é geralmente explicada como sendo uma resultante de uma misteriosa "energia escura" que permearia todo o Universo. Ou seja, se a teoria agora proposta estiver correta, a hipótese de energia escura também poderia desaparecer.

A teoria resolve igualmente alguns problemas na física das partículas, afirma Dejan Stojkovic, um dos autores da teoria e que também é coautor de uma outra proposta que envolve sumiços - uma teoria que afirma que os buracos negros podem não existir.

Sumiço das dimensões

Indícios do sumiço das dimensões já foram detectados nos chuveiros de raios cósmicos na atmosfera da Terra. Uma reanálise dos dados, feita em 2005, mostrou que os jatos de partículas produzidos pelos raios cósmicos mais energéticos estão fortemente alinhados com um plano, o que seria coerente como uma redução nas dimensões.

Outros pesquisadores estão planejando usar o Grande Colisor de Hádrons para examinar o desaparecimento das dimensões. Se as dimensões realmente desaparecem em altas energias, então as partículas produzidas nas colisões estariam confinadas em um plano bidimensional, em vez de estarem em um volume tridimensional.

Mas interpretar os dados do LHC pode não ser tão fácil porque diferentes modelos resultam em previsões diferentes, afirma Stojkovic. Então, ele e Jonas Mureika, da Universidade Loyola Marymount decidiram procurar um teste definitivo.

Eles optaram pelas ondas gravitacionais - ondulações no espaçotempo causadas por eventos cósmicos em larga escala - que não podem existir em menos do que três dimensões.

Ondas gravitacionais

A ideia é que as ondas gravitacionais primordiais, de mais alta frequência, correspondem às mais altas energias dos momentos iniciais do Universo.

Assim, deve haver uma frequência máxima das ondas observadas - frequências mais altas não deveriam existir porque elas estariam vindo de uma era com menos dimensões.

Stojkovic e Mureika calcularam essa frequência de corte em 10^-4 Hz, dadas algumas suposições. Eles afirmam que isso está dentro da faixa detectável pelo LISA, um futuro detector de ondas gravitacionais que está sendo projetado em parceria pela NASA e pela ESA.

Os dois pesquisadores já estão trabalhando com vários experimentalistas de ondas gravitacionais, de várias universidades norte-americanas, para preparar um teste para a sua proposta usando simulações computadorizadas.

Os testes experimentais deverão esperar mais: o observatório LISA não deverá ir ao espaço antes de 2020.

Muitas dimensões

Só muito recentemente os cientistas descobriram a solução matemática para lidar com outras dimensões, uma complexidade de cálculo equivalente ao mapeamento do genoma humano.

Mas o desaparecimento das dimensões extras, para menos ou para mais, chama a atenção dos cientistas há mais tempo.

Gary Shiu e Bret Underwood, da Universidade de Wisconsin-Madison, acreditam ter descoberto um modo de "ver" as dimensões extras do espaço, o que seria a primeira proposta factível para que os físicos testem experimentalmente a Teoria das Cordas.

Já Steven Carlip, da Universidade da Califórnia, em Davis, acredita que o desaparecimento das dimensões é de fato uma questão de dimensão - para ele, em escalas minúsculas, o espaço 3D com o qual estamos acostumados pode simplesmente deixar de existir, e as dimensões evaporam-se na gravidade quântica.

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