O Universo Elegante - Brian Greene

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Text of O Universo Elegante - Brian Greene

  • Brain Greene, em O Universo Elegante consegue de forma leve e didtica, dar ao leitor uma viso conceitual da Fsica moderna, passando pela mecnica quntica, relatividade e a teoria das supercordas. Para isso ele utiliza boas e divertidas analogias, sem entrar no formalismo matemtico, tornando acessvel a viso da cincia de um Universo realmente elegante.

  • Prefcio

    Nos ltimos trinta anos da sua vida, Einstein buscou semdescansoachamadateoriadocampounificadoumateoriacapazdedescrever as foras da natureza por meio de um esquema nico,completo e coerente. As motivaes de Einstein no eram as quenormalmenteinspiramosempreendimentoscientficos,comoabuscadeexplicaesparaesteouaqueleconjuntodedadosexperimentais.Eleacreditavaapaixonadamentequeoconhecimentomaisprofundodouniversorevelariaamaiordasmaravilhas:asimplicidadeeapotnciadosprincpiosqueoestruturam.Einsteinqueriailuminarosmecanismosda natureza com uma luz nunca antes alcanada, que nos permitiriacontemplar,emestadodeencantamento,todaabelezaeaelegnciadouniverso.

    Ele nunca realizou o seu sonho, em grande parte porque ascircunstncias no o favoreciam, j que em sua poca vriascaractersticas essenciais da matria e das foras da natureza eramdesconhecidasou,quandomuito,malcompreendidas.Masduranteosltimos cinqenta anos, as novas geraes de fsicos entrepromessas, frustraes e incurses por becos sem sada vmaperfeioando progressivamente as descobertas feitas por seuspredecessoreseampliandoosnossosconhecimentossobreamaneiracomofuncionaouniverso.Eagora,tantotempodepoisdeEinsteinterempreendido em vo a busca de uma teoria unificada, os fsicosacreditamterencontradofinalmenteaformadecombinaressesavanosemumtodoarticuladoumateoriaintegrada,capaz,emprincpio,dedescrever todos os fenmenos fsicos. Essa teoria, a teoria dassupercordas,otemadestelivro.

    EscreviOuniversoelegantecomoobjetivodetornaracessvelauma ampla faixa de leitores, especialmente aos que no conhecemfsicaematemtica,onotvelfluxodeidiasquecompeavanguardadafsicaatual.Nasconfernciasquetenhofeitonosltimosanossobrea teoria das supercordas, percebi no pblico um vivo desejo deconheceroquedizemaspesquisasatuaissobreasleisfundamentaisdo universo, de como essas leis requeremumgigantesco esforo dereestruturao dos nossos conceitos a respeito do cosmos e dosdesafios que tero de ser enfrentados na busca da teoria definitiva.Esperoqueosdoiselementosqueconstituemestelivroaexplicaodasprincipaisconquistasdafsicadesde

  • EinsteineHeisenbergeorelatodecomoassuasdescobertasvieramaflorescercomvigornosavanosradicaisdanossapocavenhamasatisfazereenriqueceressacuriosidade.

    EsperoaindaqueOuniversoeleganteinteressetambmaquelesleitoresquedefatotmconhecimentoscientficos.Paraosestudanteseprofessoresdecincias,esperoqueolivrologrecristalizaralgunsdoselementosbsicosda fsicamoderna, comoa relatividadeespecial, arelatividade geral e a mecnica quntica, e ao mesmo tempo possatransmitir a euforia contagiante que sentem os pesquisadores ao seaproximarem da conquista to ansiosamente aguardada da teoriaunificada. Para o leitor vido por cincia popular, tratei de explicaraspectos do extraordinrio progresso que o nosso conhecimento docosmos experimentou na ltima dcada. E para osmeus colegas deoutrasdisciplinascientficas,esperoqueolivrolhesdumaindicaohonestaeequilibradadeporqueosestudiososdascordasesto toentusiasmados com os avanos alcanados na busca da teoriadefinitivadanatureza.

    Ateoriadassupercordasenglobaumagranderea.Eumtemaamploeprofundo,relacionadocommuitasdasdescobertascapitaisdafsica.Comoelaunificaasleisdograndeedopequeno,leisqueregema fsica desde as unidades mnimas da matria at as distnciasmximas do cosmos, somltiplas asmaneiras de abord-la. Decidifocaliz-laapartirdaevoluodapercepoquetemosdoespaoedotempo.Creioqueesseumcaminhoespecialmente interessanteporpermitirumavisofascinanteericadasnovasmaneirasdepensar.

    Einsteinmostrouaomundoqueoespaoeotempocomportam-sedemaneirasincomunsesurpreendentes.Agora,aspesquisasmaisrecentes conseguiram integrar as suas descobertas a um universoquntico, com numerosas dimenses ocultas, enroladas dentro dotecidocsmicodimensescujageometriaprodigamenteentrelaadapodepropiciarachaveparaacompreensodealgumasdasquestesmais profundas que j enfrentamos. Embora alguns destes conceitossejamsutis,veremosquepodemserapreendidosatravsdeanalogiascomuns. Uma vez compreendidas, essas idias proporcionam umaperspectivadeslumbranteerevolucionriadouniverso.

    Emtodootranscorrerdolivro,procureimanteropadrocientficoe, ao mesmo tempo, dar ao leitor freqentemente por meio deanalogiasemetforasacompreensointuitivadecomooscientistaschegaramconcepoatualdocosmos.Emboraeutenhaevitadoouso

  • de linguagem tcnica e a apresentao de equaes, a naturezaradicalmentenovadosconceitosaquiconsideradospodeforaroleitorafazerumapausaemalgunspontos,ameditaraquieali,ouarefletirsobreasexplicaesdadas,demodoaacompanharaprogressodasidias.CertasseesdaparteIV(arespeitodosavanosmaisrecentes)somaisabstratasqueasdemais;tomeiocuidadodeadvertiro leitorsobreessasseesedeestruturarotextodemodoqueelaspossamserlidassuperficialmenteoumesmosaltadassemmaior impacto sobreofluxo lgico do livro. Inclu um glossrio de termos cientficos com oobjetivo de propiciar definies simples e acessveis para as idiasapresentadas no texto. Embora o leitor menos comprometido possaignorar totalmente as notas finais, o mais aplicado encontrar aobservaesadicionais,esclarecimentosdeidiasexpostasdemaneirasimplificadanotexto,bemcomoincursestcnicasparaosquegostamdematemtica.

    Devoagradeceramuitaspessoaspelaajudarecebidaduranteapreparaodestelivro.DavidSteinhardtleuomanuscritocomatenoegenerosidade,almdepropiciarinestimveisincentivosecomentrioseditoriais precisos. David Morrison, Ken Vineberg, Raphael Kasper,Nicholas Boles, Steven Carlip, Arthur Greenspoon, David Mermin,MichaelPopowitzeShaniOffenleramomanuscritodetalhadamenteeofereceram sugestes que emmuito beneficiaram a apresentao daobra.OutrosqueleramomanuscritototalouparcialmenteeforneceramconselhoseincentivosforamPaulAspinwail,PersisDrell,MichaelDuff,Kurt Gottfried, Joshua Greene, Teddy Jefferson, Marc Kamionkowski,YakovKanter,AndrasKovacs,DavidLee,Megan McEwen, Nari Mistry, Hasan Padamsee, Ronen Plesser,Massimo Poratti, Fred Sherry, Lars Straeter, Steven Strogatz, AndrewStrominger,HenryTye,CumrunVafaeGabrieleVeneziano.DevoagradecimentosespeciaisaRaphaelGunner, entre outras coisas pelas crticas feitas logo ao incio dotrabalho, que me ajudaram a dar-lhe a forma definitiva, e a RobertMalley,porseuincentivosuaveepersistenteparaqueeupassassedoestgiodepensarnolivroparaodeescrev-lo.StevenWeinberg e Sidney Coleman contriburam com sua assistncia econselhos valiosos, e um prazer registrar as muitas interaespositivascomCarolArcher,VickyCarstens,DavidCassei,AnneCoyle,Michael Duncan, Jane Forman, Wendy Greene, Susan Greene,Erikjendresen,GaryKass,ShivaKumar,RobertMawhinney,PamMorehouse, Pierre Ramond, Amanda Salles e Elero Simoncelli.DevoaCostase fthimiouaajudanaspesquisasde confirmaoena

  • organizao das referncias, bem como na transformao de meusesboos preliminares em desenhos grficos, a partir dos quais TornRockwellcrioucompacinciadesantoeolhosdeartista.AgradeotambmaAndrewHansoneJimSethnapelaajudanapreparaodealgumasfigurasespecializadas.

    Porconcordarememserentrevistadoseoferecersuasprpriasperspectivasemdiversostpicos,agradeoaHowardGeorgi,SheldonGlashow,MichaelGreen,JohnSchwarz,JohnWheeler,EdwardWittene,novamente,aAndrewStrominger,CumrunVafaeGabrieleVeneziano.

    Fico feliz em reconhecer as penetrantes observaes e asinestimveis sugestes de Angela Von der Lippe e a agudasensibilidadeparaodetalhedeTraciNagie,minhaseditorasnaW.W.Norton,queaumentaramsignificativamenteaclarezadaapresentao.Agradeo ainda ameus agentes literrios, John Brockman e KatinkaMatson,porsuaexcelenteorientaonaartede"pastorear"o livrodocomeoaofim.

    Por haverem apoiado com generosidade asminhas pesquisasem fsica terica por mais de quinze anos, expresso meureconhecimentoegratidoNationalScienceFoundation,AlfredP.Sloan Foundation e ao Departamento de Energia do Governo dosEstadosUnidos.Nosurpresaparaningumqueaminhapesquisaseconcentrou no impacto da teoria das supercordas sobre os nossosconceitosdeespaoetempo,enoscaptulosfinaisdolivroeudescrevoalgumasdasdescobertasemquetiveafelicidadedeparticipar.Apesarda minha esperana de que o leitor aprecie a leitura destes relatos"ntimos",temoqueelespossamdarumaidiaexageradadopapelquedesempenheinodesenvolvimentodateoriadassupercordas.Permitam-me,portanto,aproveitarestaoportunidadeparahomenagearosmaisdemil fsicos de todo o mundo que participam de maneira dedicada ecrucial do esforo de compor a teoria definitiva do universo. Peoperdoatodosaquelescujotrabalhonofoiincludonesterelato;issoreflete apenas a perspectiva temtica que escolhi e as limitaes detamanhodeumaapresentaodecartergeral.

    Agradeo tambm o trabalho de traduo deste texto para alnguaportuguesa, feito por JosViegasFilho, assim comoa revisotcnicarealizadaporRogrioRosenfeld.

    Finalmente,expressoosmeusprofundosagradecimentosaEllenArcher por seuamore seuapoio incansvel, semosquais este livronuncateriasidoescrito.

  • PARTEI

    Afronteiradoconhecimento

    1.Vibrandocomascordas

    Cham-ladetentativadeabafaraverdadeseriamuitodramtico.

    Porm, por mais de meio sculo mesmo em meio s maioresconquistascientficasdahistriaos fsicosconviveramemsilnciocomaameaadeumanuvemescuranohorizonte.

    O problema o seguinte: a fsica moderna repousa em doispilares. Um a relatividade geral de Albert Einstein, que fornece aestruturatericaparaacompreensodouniversonasmaioresescalas:estrelas, galxias, aglomerados de galxias, at alm da imensaextensototaldocosmos.Ooutroamecnicaquntica,queforneceaestruturatericaparaacompreensodouniversonasmenoresescalas:molculas, tomos, descendo at as partculas subatmicas, comoeltrons e quarks. Depois de anos de pesquisa, os cientistas jconfirmaram experimentalmente, e com preciso quase i