A resposta à questão permanente da coisa mais pequena do universo evoluiu juntamente com a humanidade. Em tempos, as pessoas pensavam que os grãos de areia eram os blocos de construção do que vemos à nossa volta. Depois o átomo foi descoberto, e pensou-se que era indivisível, até que foi dividido para revelar protões, neutrões e electrões no seu interior. Estes também pareciam partículas fundamentais, antes dos cientistas descobrirem que os prótons e os neutrões são feitos de três quarks cada.
“Desta vez não conseguimos ver qualquer prova de que haja alguma coisa dentro dos quarks”, disse o físico Andy Parker. “Será que atingimos a camada mais fundamental de matéria?”
E mesmo que os quarks e electrões sejam indivisíveis, disse Parker, os cientistas não sabem se são os mais pequenos pedaços de matéria existente, ou se o universo contém objectos que são ainda mais minúsculos.
Parker, professor de física de alta energia na Universidade de Cambridge, Inglaterra, acolheu recentemente um especial de televisão na BBC do Reino Unido, Two channel chamado “Horizon: How Small is the Universe?”
Strings or points?
Em experiências, partículas minúsculas e adolescentes como quarks e electrões parecem agir como pontos únicos de matéria sem distribuição espacial. Mas objectos pontiagudos complicam as leis da física. Porque se pode chegar infinitamente perto de um ponto, as forças que actuam sobre ele podem tornar-se infinitamente grandes, e os cientistas odeiam infinitos.
Uma ideia chamada teoria das supercordas poderia resolver esta questão. A teoria postula que todas as partículas, em vez de serem pontuais, são na realidade pequenas voltas de cordel. Nada se pode aproximar infinitamente de um laço de corda, porque estará sempre ligeiramente mais próximo de uma parte do que de outra. Essa “lacuna” parece resolver alguns destes problemas de infinitos, tornando a ideia apelativa para os físicos. No entanto, os cientistas ainda não têm provas experimentais de que a teoria das cordas esteja correcta.
Outra forma de resolver o problema do ponto é dizer que o espaço em si não é contínuo e suave, mas na realidade é feito de pixels discretos, ou grãos, por vezes referidos como espuma espaço-tempo. Nesse caso, duas partículas não poderiam aproximar-se infinitamente uma da outra porque teriam sempre de ser separadas pelo tamanho mínimo de um grão de espaço.
Uma singularidade
Outra forma de resolver o título de coisa mais pequena do universo é a singularidade no centro de um buraco negro. Formam-se buracos negros quando a matéria é condensada num espaço suficientemente pequeno que a gravidade assume, fazendo com que a matéria se arraste para dentro e para dentro, acabando por condensar num único ponto de densidade infinita. Pelo menos, de acordo com as leis actuais da física.
Mas a maioria dos especialistas não pensa que os buracos negros são realmente infinitamente densos. Eles pensam que este infinito é o produto de um conflito inerente entre duas teorias reinantes – relatividade geral e mecânica quântica – e que quando uma teoria da gravidade quântica pode ser formulada, a verdadeira natureza dos buracos negros será revelada.
“O meu palpite é que são muito mais pequenos do que um quark, mas não acredito que sejam de densidade infinita”, disse Parker ao LiveScience. “O mais provável é que sejam talvez um milhão de vezes ou mesmo mais pequenas do que as distâncias que vimos até agora”.
Isso faria com que as singularidades tivessem aproximadamente o tamanho das supercordas, se elas existirem.
O comprimento Planck
Supercordas, singularidades, e até mesmo grãos do universo poderiam acabar todos por ser do tamanho do “comprimento Planck”.
Um comprimento Planck é 1,6 x 10^-35 metros (o número 16 precedido por 34 zeros e um ponto decimal) – uma escala incompreensivelmente pequena que está implicada em vários aspectos da física.
O comprimento Planck é, de longe, demasiado pequeno para qualquer instrumento medir, mas para além disso, pensa-se que representa o limite teórico do comprimento mensurável mais curto. De acordo com o princípio da incerteza, nenhum instrumento deveria alguma vez ser capaz de medir algo mais pequeno, porque a essa distância, o universo é probabilístico e indeterminado.
Esta escala é também considerada como a linha demarcadora entre a relatividade geral e a mecânica quântica.
“Corresponde à distância onde o campo gravitacional é tão forte que pode começar a fazer coisas como fazer buracos negros fora da energia do campo”, disse Parker. “No comprimento Planck esperamos que a gravidade quântica assuma o controlo”
Talvez todas as coisas mais pequenas do universo sejam aproximadamente do tamanho do comprimento Planck.
Esta história foi fornecida por LiveScience, site irmão de SPACE.com. Siga Clara Moskowitz no Twitter @ClaraMoskowitz ou LiveScience @livescience. Também estamos no Facebook & Google+.
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