Quantas dimensões precisamos para descrever o universo?

Tenho imensos leitores que vêm aqui parar para encontrar a resposta à questão "quantas dimensões tem o universo"?  Por isso decidi fazer um post sumário sobre isso:

De acordo com a teoria das cordas mais completa, a Teoria-M, cuja prova ainda não surgiu são 11 (eu aposto nesta resposta).

Só nos dizem respeito 4 dimensões. As outras serão mínimas para que as vejamos e segundo os físicos estão enroladas algures.

As dimensões que nos dizem respeito directamente são 3 de espaço e uma de tempo. Só medimos o tempo numa direcção, excepto em fenómenos quanticos em que as observações têm efeitos retroactivos instantaneos.

Existe ainda uma hipotese, (baseada também em teoria das cordas) de todas as nossas dimensões de espaço serem projecções de uma realidade num plano - é o Universo Holograma.

Para saber mais seguir as etiquetas em baixo:

Quantas dimensões tem o universo? E se forem só duas?

O numero de dimensões necessárias para explicar o universo é um assunto de grande discussão cientifica.
Há muito tempo que percebemos que precisamos de pelo menos 3 para descrever o espaço. Podemos medir e quantificar espaço em três direcções diferentes. Pelo menos é o que parece.

Einstein mostrou que para determinadas observações que envolvessem qualquer medida de tempo, temos de usar 4 dimensões, em que o tempo é manipulado como uma dimensão adicional [ao espaço] da entidade maior espaço-tempo.

Pouco depois, alguém mostrou que se usássemos 5 dimensões se podia explicar muita coisa. E a teoria das cordas, que explica tudo como se fossem cordas uni-dimensionais a vibrar, (mais recentemente inclui as branas que são bidimensionais), requer dimensões cada vez em maior numero (10, 11 no caso da teoria M). Doze foi um numero simpático mas já li artigos a falar em dimensões para cima de 100.

Mas também há teorias a reduzir o numero. Já há uma década ou mais que foi proposta a descrição do nosso universo como uma projecção tridimensional de uma realidade que se passa num plano original apenas de duas dimensões. Como um holograma.


Recentemente, um senhor chamado Hogan, decidiu fazer as contas a que tamanho teria a mais pequena unidade de espaço na projecção tridimensional, se a verdadeira unidade fosse uma entidade do tal plano dimensional. E chegou a um valor.

Quando acabou de fazer as contas para perceber que tipo de efeito poderiam causar num detector capaz, pôs-se à procura de quem poderia estar a trabalhar com um tal detector. E encontrou a equipa que trabalha com o GEO600.

Esta equipa andava à meses a coçar a cabeça por causa de um ruído que não conseguia eliminar na captação do GEO600. E este ruído coincidia precisamente com o sinal que Hogan andava à procura.
Isto não chega para prova que a teoria do Universo Holograma é real. Mas se não se conseguir atribuir a origem daquele ruído a coisas mais banais, esta hipótese vai começar a ganhar força.

Via "New Scientist": http://www.newscientist.com/article/mg20126911.300-our-world-may-be-a-giant-hologram.html?page=2

Nota 1: Físicos de partículas acreditam que o espaço não é um continuo como aparece à escala visível. Segundo a teoria, haverá uma unidade de tamanho mínimo para o espaço, como se fossem pixeis. Nem o aspecto "parado" do espaço é mais que uma particularidade que emerge a grandes escalas. Segundo a teoria estes "quantum"s de espaço são um grande reboliço. São no entanto pequenos demais para qualquer tipo de medição, excepto se forem ampliados numa projecção como a prevista no "universo holograma".
Nota 2: O GEO600 (600 de 600 metros de comprimento de detector) foi criado para descobrir ondas gravitacionais, mas até agora nada. É por isso muito sensível e capaz de ver mosquitos na outra banda, pelo que eliminar ruído enquanto se anda à procura de sinal é tarefa frequente que vem com a natureza da coisa. Segundo o director da equipa do GEO600 é preciso que passe pelo menos um ano para começar a concluir que estamos a ver quanta de espaço ao eliminar outras hipoteses.

Sobre o Tempo

Penso que uma das questões mais dificeis,  de toda a ciência e da filosofia, é a resposta à questão:

O que é o tempo? 

A enciclopédia Britannica (*) diz assim:

"Tempo:

Periodo medido ou que se pode medir.

Mais vagamente, é um continuum a que faltam dimensões espaciais.

Os filósofos têm procurado uma compreensão do tempo, focando-se em grandes questões, como a relação entre o tempo e o mundo fisico e a relação entre o tempo e a consciência. Aqueles que adotam uma teoria absolutista do tempo, olham-no como um tipo de contentor dentro do qual o universo existe e a mudança tem lugar e acreditam que a sua existência e propriedades são independentes do universo físico. Para a teoria rival, relacionista,  o tempo não é nada sobre e acima da mudança do mundo físico. Sobretudo por causa de Einstein, o tempo é agora tido como sendo algo que não pode ser separado do espaço. (espaço-tempo). Alguns argumentam que a teoria da relatividade suporta os absolutistas outros argumentam que suporta o relacionistas."

De facto a explicação do que é o tempo, (pela ciência) é nos dada fundamentalmente pela teoria da relatividade (1). Segundo ela, o tempo é parte de algo maior que é o espaço-tempo. Não existe separadamente. De tal modo, que nós nos estamos sempre a mover no  espaço-tempo, e o que tiramos do movimento num vai ser acrescentado ao movimento no outro. Confuso?

Se eu me começo a deslocar no espaço a 20 km/hora, essa velocidade vai ser descontada na velocidade com que eu me desloco no tempo. Se eu acelerar algo até à velocidade máxima possivel, a velocidade da luz, só vai sobrar movimento no espaço. Por isso, a luz não tem uma componente da deslocação no espaço-tempo que seja só no tempo. "A luz não envelhece".

Por outro lado, se eu estiver rigorosamente parado, só me estou a mover no tempo. Por isso, a sincronicidade, ou a percepção de que fenómenos ocorreram ao mesmo tempo, não é a mesma para quem se desloque a velocidades diferentes. Porque ao tratar do tempo e do espaço separadamente, eles são relativos. O absoluto é a entidade espaço-tempo. Não dá para separar, se o tentarmos passamos então a falar de um em relação ao outro.

Um problema que nasce da descrição da relatividade para o espaço-tempo, é que não dá nenhuma explicação acerca de porque é que andamos num sentido e não no outro.  E além disso, ao acabar com a noção de tempo absoluto, mostrando que observadores diferentes não concordam com que acontecimentos ocorreram ao mesmo tempo, destroi uma noção intuitiva que tinhamos de um tempo universal a fluir. O espaço-tempo pode ser descrito visualmente como se se tratasse de um longo solido, imagine-se um pão de cacete, com os acontecimentos a evoluirem continuamente ao longo do seu comprimento. Uma fatia desse continuum representa um momento para um observador. A passagem de um momento para o outro, aparentemente, é algo que a nossa consciencia faz. Deixando momentos do passado para trás. Isso é a nossa percepção...

...Mas a questão é que é possivel fazer fatias desse longo cacete tão obliquas que destruirão qualquer noção intuitiva de passado e futuro. Se as fatias forem feitas com velocidades como as que estamos habituados a lidar no dia a dia, elas vão sair direitinhas e paralelas a um eixo maior do cacete. Mas a velocidades relativistas, uma fatia pode ser tão obliqua que para determinadas distancias um acontecimento de uma ponta do cacete fique na mesma fatia que um acontecimento na outra ponta do cacete. Ou quase. Isto quer dizer que, dependendo do observador, acontecimentos no passado para umas pessoas, estão no futuro para outras. Acontecimentos que para uns são sincronos, estão na mesma fatia do bloco espaço-tempo, para outros são tão distantes como milhares de anos. Esta constantação ataca fortemente a ideia de um tempo absoluto a fluir pelo universo.

E se o tempo é algo que realmente flui, se existe uma seta do tempo (2) com uma direção, não é uma coisa obvia. As leis da fisica são simétricas para o tempo. São as mesmas para um lado ou para o outro do cacete de pão metafórico. Einstein diria mesmo que "os fisicos convictos como ele, sabem que o fluir do tempo é uma ilusão"

E a simetria das leis da fisica é uma propriedade considerada cada vez mais importante. Então, para além da nossa experiencia do tempo que evidencias cientificas temos que o tempo é algo que tem um sentido? E que as coisas acontecem nesse sentido. Ha uma seta do tempo ou não?

A unica resposta que encontrei a esta questão foi a da entropia. Como escrevi no post sobre a seta do tempo, a entropia é a unica lei cientifica assimetrica. Se o tempo flui, ele flui no sentido de aumentar a entropia.

Penso que depois do que escrevi posso acabar citando o resto do artigo da Britanica sobre o tempo:

"A primeira preocupação com a relação do tempo com a consciencia é a extensão com que o tempo ou aspectos do tempo dependem da existencia de seres conscientes. Acontecimentos no tempo são normalmente pensados como noções de passado presente e futuro, e alguns filósofos tratam-nos como sendo dependentes da mente; outros acreditam que o tempo é independente da percepção e defendem que passado presente e futuro são medidas objectivas do mundo."

Ou será a própria consciência uma propriedade emergente da nossa deslocação através do espaço-tempo? Ao invés de imaginar o tempo como consequência da nossa consciencia? ( como diz na E. Britannica - mas no fundo sendo a mesma coisa com uma causalidade invertida). Não faço ideia.

Notas e ligações:

(*)"time."Encyclopædia Britannica from Encyclopædia Britannica 2006 CD. .[Accessed September 7, 2009].

(1) Teoria da relatividade (partes I,II e III):

I - http://cronicadaciencia.blogspot.com/2009/08/sobre-teoria-da-relatividade-parte-i.html

II - http://cronicadaciencia.blogspot.com/2009/08/sobre-teoria-da-relatividade-ii.html

II - http://cronicadaciencia.blogspot.com/2009/08/sobre-teoria-da-relatividade-parte-iii.html

(2) Seta do tempo e entropia: 

http://cronicadaciencia.blogspot.com/2009/08/seta-do-tempo-e-entropia.html

Noutro blogue:

http://duvida-metodica.blogspot.com/2009/09/o-novo-ano-lectivo-e-o-tempo.html

Sobre a Teoria da Relatividade (Parte I)

As teorias da física clássica eram tão boas a descrever o mundo, que os poucos problemas conhecidos - que deram origem à suposta existência do Éter - estavam quase esquecidos. Mas apenas quase.

Newton, conseguiu encontrar explicação para como o mundo observado se comportava. E com as suas teorias, podiam-se fazer previsões com um rigor que antes não eram possíveis. A que distancia vai cair uma bala de canhão, onde vão estar Vénus e Mercúrio quarta-feira à tarde, e porque é que os corpos caiem todos com a mesma velocidade. (Sim, os mais pesados, tirando outros factores, caiem à mesma velocidade que os mais leves. Porque é mais difícil pô-los a mexer, afinal são mais pesados. Dar o exemplo da pena não vale senão eu contraponho com um avião).

Mas uma grande anomalia surgiu quando se mediu a velocidade da Luz. Esta era a mesma em qualquer direcção que fosse medida, para qualquer velocidade da fonte e para qualquer velocidade do observador. Ou seja, se eu for a 120 Km/h na autoestrada e medir em relação a mim a velocidade de outro carro que vai a 100Km/h, a medição vai dar 20Km/hora. Que é a velocidade que esse carro tem em relação a mim. Por isso, é possível dar um pulo dentro do comboio e este não passar a toda a velocidade debaixo dos nossos pés. Porque seguimos à mesma velocidade. Agora acontece, que se se tratar da luz, o resultado é sempre o mesmo. Indo contra a fonte luminosa, perpendicular ou na mesma direcção. E as teorias clássicas da física não tinham explicação para esta anomalia que aparecia medição após medição, verificada n vezes por vários cientistas.

Foi então que apareceu em cena Albert Einstein que resolveu o problema de uma maneira muito simples.

Nota:

Esta é o primeiro de três "posts"sobre a Teoria da Relatividade que servem também como prologo para uma futura entrada sobre o Tempo (ainda estou a pensar nisso...). A continuação esta sob a etiqueta "Teoria da relatividade" abaixo. Segue então com a Teoria da Relatividade Restrita e termina com a Teoria da Relatividade Geral.