O universo primitivo tinha apenas uma dimensão espacial? Esse é o conceito alucinante no coração de uma teoria que o físico Dejan Stojkovic, da Universidade de Buffalo e seus colegas propuseram em 2010. Eles sugeriram que o universo primitivo - que explodiu de um único ponto e era muito, muito pequeno a princípio - era unidimensional (como uma linha reta) antes de expandir para incluir duas dimensões (como um avião) e depois três (como o mundo em que vivemos hoje).
A teoria, se válida, abordaria problemas importantes na física de partículas.
Agora, em um novo artigo da Physical Review Letters, o físico da Stojkovic e da Universidade Loyola Marymount, Jonas Mureika, descreve um teste que pode provar ou refutar a hipótese das "dimensões de fuga".
Como leva tempo para a luz e outras ondas viajarem para a Terra, os telescópios que olham para o espaço podem, essencialmente, olhar para trás no tempo enquanto sondam os limites externos do universo.
As ondas gravitacionais não podem existir no espaço unidimensional ou bidimensional. Portanto, Stojkovic e Mureika argumentaram que a Antena Espacial a Laser para Interferômetros (LISA), um observatório gravitacional internacional planejado, não deve detectar nenhuma onda gravitacional que emana das épocas de dimensões mais baixas do universo primitivo.
Stojkovic, professor assistente de física, diz que a teoria das dimensões em evolução representa uma mudança radical da maneira como pensamos sobre o cosmos - sobre como nosso universo surgiu.
A idéia principal é que a dimensionalidade do espaço depende do tamanho do espaço que estamos observando, com espaços menores associados a menos dimensões. Isso significa que uma quarta dimensão se abrirá - se ainda não o tiver - à medida que o universo continua a se expandir.
A teoria também sugere que o espaço tem menos dimensões com energias muito altas, do tipo associado ao universo inicial do pós-big bang.
Se Stojkovic e seus colegas estiverem certos, eles ajudarão a resolver problemas fundamentais com o modelo padrão da física de partículas, incluindo o seguinte:
A incompatibilidade entre a mecânica quântica e a relatividade geral. A mecânica quântica e a relatividade geral são estruturas matemáticas que descrevem a física do universo. A mecânica quântica é boa em descrever o universo em escalas muito pequenas, enquanto a relatividade é boa em descrever o universo em grandes escalas. Atualmente, as duas teorias são consideradas incompatíveis; mas se o universo, em seus menores níveis, tivesse menos dimensões, discrepâncias matemáticas entre os dois quadros desapareceriam.
Os físicos observaram que a expansão do universo está acelerando e não sabem o porquê. A adição de novas dimensões à medida que o universo cresce explicaria essa aceleração. (Stojkovic diz que uma quarta dimensão pode já ter sido aberta em grandes escalas cosmológicas.)
O modelo padrão da física de partículas prevê a existência de uma partícula elementar ainda não descoberta chamada bóson de Higgs. Para que as equações no modelo padrão descrevam com precisão a física observada no mundo real, no entanto, os pesquisadores devem ajustar artificialmente a massa do bóson de Higgs para interações entre partículas que ocorrem com altas energias. Se o espaço tem menos dimensões com altas energias, a necessidade desse tipo de "ajuste" desaparece.
"O que estamos propondo aqui é uma mudança de paradigma", afirmou Stojkovic. "Os físicos lutam com os mesmos problemas há 10, 20, 30 anos, e é improvável que extensões diretas das idéias existentes as resolvam".
"Temos que levar em conta a possibilidade de que algo esteja sistematicamente errado com nossas idéias", continuou ele. "Precisamos de algo radical e novo, e isso é algo radical e novo."
Como a implantação planejada do LISA ainda está a anos, pode demorar muito tempo até Stojkovic e seus colegas poderem testar suas idéias dessa maneira.
No entanto, algumas evidências experimentais já apontam para a possível existência de espaço de menor dimensão.
Especificamente, os cientistas observaram que o principal fluxo de energia das partículas de raios cósmicos com energias superiores a 1 volt teraelétron - o tipo de alta energia associada ao universo primitivo - está alinhado ao longo de um plano bidimensional.
Se altas energias corresponderem ao espaço de menor dimensão, como propõe a teoria das "dimensões que desaparecem", os pesquisadores que trabalham com o acelerador de partículas Large Hadron Collider na Europa devem ver a dispersão planar em tais energias.
Stojkovic diz que a observação de tais eventos seria "um teste independente muito emocionante de nossas idéias propostas".
Fontes: EurekAlert, Physical Review Letters.
