Você já deve ter percebido que o estranho no ninho em nossa discussão da
teoria quântica das forças da natureza é a gravidade. Tendo em vista o sucesso do
método usado com relação às outras três forças, você poderia sugerir que os
cientistas buscassem uma teoria quântica de campo para a força gravitacional —
uma teoria na qual o menor grão dos campos da forçagravitacional, o gravitem,
seria a partícula mensageira dessa força. À primeira vista, essa sugestão parece
particularmente válida, uma vez que a teoria quântica de campo das três forças não
gravitacionais revela sedutoramente a existência deuma similaridade entre elas e
um aspecto da força gravitacional que vimos no capítulo 3. Lembre-se de que a
força gravitacional permite-nos declarar que todos os observadores —
independentemente do seu estado de movimento — estão em perfeita igualdade de
condições. Mesmo aqueles que normalmente consideraríamos estar em movimento
acelerado podem supor-se em repouso e atribuir a força que experimentam ao fato
de estarem imersos em um campo gravitacional. Nestesentido, a gravidade enseja
a simetria: ela assegura que todos os pontos de vista e todos os referenciais
possíveis são igualmente válidos. A semelhança com as forças forte, fraca e
eletromagnética está em que também elas associam-sea simetrias, embora
significativamente mais abstratas que a simetria associada à gravidade.
Para se ter uma idéia aproximada desses sutis princípios de simetria,
consideremos um exemplo importante. Tal como registrado na tabela da nota l do
capítulo l, os quarks apresentam-se em três "cores"(imaginosamente chamadas de
vermelho, verde e azul, embora se trate de meros rótulos, sem qualquer relação com
cores no sentido visual comum), as quais determinamo tipo de resposta do quark à
força forte, mais ou menos do mesmo modo pelo qual a carga elétrica determina
como ele responde à força eletromagnética. Todos osdados até aqui apurados
estabelecem a existência de uma simetria entre os quarks, no sentido de que todas
as interações entre dois quarks da mesma cor (vermelho com vermelho, verde com
verde ou azul com azul) são idênticas e todas as interações entre dois quarks de
cores diferentes (vermelho com verde, verde com azul ou azul com vermelho)
também são idênticas. Na verdade, os dados apontam para algo ainda mais notável.
Se as três cores — as três diferentes cargas fortes— que um quark pode ter se
modificassem de uma determinada maneira (grosso modo, se, na nossa linguagem
cromática de fantasia, vermelho, verde e azul se convertessem em amarelo, anil e
violeta, por exemplo) e mesmo que os aspectos específicos dessas modificações se
alterassem de um momento para o outro, ou de um lugar para o outro, as interações
entre os quarks se manteriam totalmente inalteradas. Por essa razão, assim como
se diz que a esfera exemplifica a simetria rotacional, por conservar o mesmo aspecto
quando a giramos em nossas mãos ou quando variamos o ângulo pelo qual a
vemos, dizemos também que o universo exemplifica a simetria da força forte: a física
não se modifica com essas mudanças de cargas de força e é completamente
insensível a elas. Por motivos históricos, os físicos também dizem que a simetria da
força forte é um exemplo de simetria de calibre.
Esse é o ponto essencial. Assim como a simetria entre todos os pontos de
vista observacionais da relatividade geral requer aexistência da força gravitacional,
fatores derivados do trabalho de Hermann Weyl, na década de 20, e de ChenNing
Yang e Robert Milis, na década de 50, revelaram quea simetria de calibre requer a
existência de outras forças. Do mesmo modo como um bom sistema de controle
ambiental mantém constantes a temperatura, a pressão e a umidade do ar,
contrabalançando exatamente as variações externas, de acordo com Yang e Milis
certos tipos de campos de força também contrabalançam perfeitamente as
alterações nas cargas de força e mantêm completamente invariáveis as interações
físicas entre as partículas. Para o caso da simetria de calibre associada às
mudanças de cor das cargas dos quarks, a força requerida não é outra senão a
própria força forte. Ou seja, sem a força forte, a física sofreria modificações em
conseqüência das variações de cor das cargas, como indicado anteriormente. Isso
mostra que embora a força gravitacional e a força forte tenham propriedades
amplamente diferentes (basta lembrar que a gravidade é muito mais débil que a
força forte e opera a distâncias incomensuravelmente maiores), elas têm uma
herança até certo ponto similar: ambas são necessárias para que o universo
incorpore simetrias particulares. Além disso, o mesmo tipo de situação aplica-se às
forças fraca e eletromagnética, o que revela que a sua existência também está
ligada a outras simetrias de calibre, chamadas simetrias de calibre fraca e
eletromagnética. Por conseguinte, as quatro forças estão diretamente associadas a
princípios de simetria.
Essa característica comum das quatro forças parece justificar a sugestão feita
no início dessa seção, de que, no nosso esforço porincorporar a mecânica quântica
à relatividade geral, deveríamos buscar uma teoria quântica de campo para a força
gravitacional, do mesmo modo como os cientistas conseguiram descobrir as teorias
quânticas de campo para as outras três forças. Ao longo do tempo, esse raciocínio
tem servido de inspiração para um destacado e prodigioso grupo de físicos que
continuam trabalhando com vigor, mas o terreno tem se mostrado repleto de perigos
e ninguém ainda logrou atravessá-lo por inteiro. Vejamos por quê.
VOCÊ ESTÁ LENDO
O universo elegante
RandomEsse é um livro científico, porém eu recomendo também para leigos, por usar analogias diversas e procurar expor da maneira mais clara possível algumas das idéias dos maiores contribuintes da física e da matemática , além de expor claramente a loucur...
