Teoria de cordas na capa do Mais!

A capa do caderno Mais! da Folha de hoje é dedicado integralmente à teoria de cordas. O caderno traz uma resenha do livro de Lee Smolin feita por Flávio de Carvalho Serpa, Com a Corda no Pescoço; uma entrevista com Smolin, e Marcelo Gleiser também escreve sobre A Controvérsia das Supercordas. Para acessar estes links é necessário ser assinante da Folha. Amanhã o Jornal da Ciência deverá publicar esses textos com acesso aberto e eu colocarei os links apropriados.

A resenha de Flávio está boa. Ele me enviou o texto para que eu verificasse o jargão técnico e aproveitei para fazer alguns comentários. Um deles foi incorporado ao artigo. Provavelmente este é o primeiro texto num jornal brasileiro que comenta a polêmica criada por Peter Woit e Lee Smolin. Antes só era possível acompanhar a discussão pelos blogs em inglês. Em agosto, escrevi um post em português abordando este assunto.

Mas afinal, qual é a polêmica, quais suas causas, e porque chama tanta atenção? Primeiro é necessário conhecer os protagonistas. Peter Woit e Lee Smolin são bem conhecidos por suas críticas à teoria de cordas. O primeiro é um físico da Universidade de Columbia e mantém um blog, Not Even Wrong, onde costuma fazer suas críticas às cordas. Recentemente, lançou um livro com o mesmo título do blog, onde faz um histórico sobre a área de partículas elementares e cordas e apresenta suas opiniões controversas. Li uma versão preliminar do livro e não pretendo ler a versão final. A primeira parte é boa para quem já conhece partículas elementares mas muito árdua para um leigo ou um físico de outra área. A segunda parte, onde faz críticas à teoria de cordas, será comentada mais abaixo. Lee Smolin é físico do Perimeter Institute for Theoretical Physics no Canadá e trabalha na área de Loop Quantum Gravity (LQG), gravitação quântica de laços. É um promotor ativo de sua área e freqüentemente faz essa promoção às custas da teoria de cordas. Vários desses trabalhos em que menciona a teoria de cordas podem ser encontrados nos arXives. Recentemente, lançou o livro The Trouble with Physics, onde promove a LQG em detrimento das cordas. Não li seu livro e nem pretendo lê-lo. Pelos comentários disponíveis, parece ser uma coletânea organizada e mais detalhada de seus papers nos arXives.

É necessário salientar que as críticas à teoria de cordas não são de cunho científico. Primeiro, porque nem Woit e nem Smolin trabalham na área, e não tem condições de fazer críticas técnicas. Woit está no departamento de matemática na Universidade de Columbia porque na época de sua contratação dava-se preferência, nos departamentos de física, para aqueles que trabalhavam em cordas. Lee Smolin, como já mencionado acima, trabalha em LQG, uma proposta alternativa de quantizar a gravitação e que não incorpora o modelo padrão das partículas elementares. É uma teoria extremamente modesta quando comparado com a teoria de cordas. Deve ficar claro que não há nada de errado com a teoria de cordas quando vista como uma extensão do modelo padrão na qual a gravitação é incorporada de forma consistente. Suas previsões de que devam existir outras dimensões e outras simetrias, como a supersimetria, é algo que somente a experiência poderá decidir. Outras características da teoria de cordas, como a correspondência AdS/CFT, são extremamente bem vistas. Quais são as críticas, então?

Como a teoria de cordas fornece uma teoria quântica da gravitação podemos prever precisamente o que acontece numa experiência envolvendo espalhamento grávitons, o quantum do campo gravitacional. Nenhuma outra teoria consegue fazer isso. Entretanto, esse experimento não pode ser executado pois não existe nenhum acelerador de partículas que tenha energia suficiente para isso. Nem agora, nem no LHC, nem num futuro próximo. A existência de dimensões extras e supersimetria, necessárias para a teoria de cordas existir, podem ser comprovadas no LHC ou em outras experiências. Entretanto, outras teorias alternativas também podem ter dimensões extras ou supersimetria. A teoria de cordas ainda não está suficientemente desenvolvida para dizer que tipo de dimensão extra ou que tipo de supersimetria deve existir. De fato, essa é uma característica da teoria de cordas em seu estágio atual. Ela ainda não está madura o suficiente para fazer previsões específicas. Muita gente tem procurado encontrar tais previsões e essa é uma das áreas mais ativas em cordas. Essa é uma das críticas à teoria de cordas contida nos livros. A área tem mais de 30 anos, não foi comprovada experimentalmente, e não consegue fazer uma previsão específica. E daí? E se precisarmos de mais 30 anos para obter uma previsão? Ou de um século para encontrarmos uma evidência experimental? Quem acha que isso é tempo demais abandona a área. Quem acha que vale a pena, continua trabalhando. E o que tem acontecido é que a grande maioria continua trabalhando, para desespero das áreas alternativas. Afinal, se a teoria de cordas for a teoria existente na natureza, não importa o tempo dedicado para sua compreensão. No final, valerá a pena. Vejo apenas uma possibilidade da área ser abandonada: se for encontrado um sério problema técnico que mostre sua inconsistência. Muita gente tem procurado por tais inconsistências e, por incrível que pareça, a teoria sempre se sai bem.

Outra crítica recente é a incorporação, por alguns físicos, do princípio antrópico. A teoria de cordas não está suficientemente desenvolvida para prever qual o modelo de baixas energias que deveríamos encontrar em quatro dimensões. Hoje em dia encontra-se um número absurdamente grande de tais teorias. Alguns lançam mão do princípio antrópico para justificar porque devemos selecionar apenas aquelas teorias que permitem o desenvolvimento de vida inteligente como a conhecemos. Realmente, essa é uma atitude desesperada. Isso é conseqüência da esperança antiga de que a teoria de cordas tivesse apenas uma solução para baixas energias, o nosso universo. Pode ser que a teoria não seja capaz da fazer uma previsão única. Simplesmente não sabemos de ela pode fazer tal previsão ou não. Se for capaz, ótimo. Se não for capaz, ela terá o mesmo status das outras teorias que conhecemos, teremos que especificar condições iniciais que selecionem nosso universo. Não há nada de errado com isso! Simplesmente mostraria que as pretensões iniciais eram por demais audaciosas. Isto certamente não é um motivo sério para abandonar a teoria de cordas.

Lee Smolin tem um argumento mais sutil para suas críticas. Para estudar os efeitos da teoria de cordas é necessário dizer, em primeiro lugar, em que espaço a corda vive. Podemos começar com um espaço plano, por exemplo. A quantização da corda fechada nos diz que ela produz uma força gravitacional. Isso significa que o espaço inicialmente plano fica curvo pela presença da corda fechada. Podemos agora dar um passo adiante e considerar a corda nesse novo espaço curvo e encontrar os efeitos da corda nele e assim sucessivamente. Só podemos estudar a corda num espaço dado antecipadamente. Isso vale para outros campos além da gravitação, que juntos são genericamente chamados de campos de fundo. Portanto, a quantização da corda só pode ser efetuada quando esses campos de fundo são conhecidos. Smolin defende uma teoria de gravitação quântica que não necessita campos de fundo. O pessoal de cordas também procura por uma versão da teoria de cordas que seja independente dos campos de fundo, a chamada teoria de campos de cordas. A teoria de gravitação que Smolin defende aparentemente tem essa propriedade. Entretanto, não se sabe se ela fornece a relatividade geral no limite clássico. Além disso, ela não fixa o número de dimensões em que pode ser formulada e nem precisa de matéria, a teoria seria consistente num universo em que existisse apenas a gravitação e em qualquer número de dimensões. Uma teoria bastante pobre. Para outros sérios problemas veja este post de L. Motl. A teoria de cordas, por sua vez, contém a relatividade geral, só pode ser formulada em 10 dimensões e precisa de matéria. Outro problema da LQG é que o procedimento de quantização não é convencional. Isto é discutido por Aaron Bergman e a situação é resumido num post que escrevi em agosto deste ano. A teoria de LQG tem, portanto, sérios problemas. Talvez isso explique a dificuldade que tem sido encontrada na busca de uma teoria de cordas independente de campos de fundo. É importante ressaltar que as críticas que o pessoal de cordas faz a LQG são estritamente técnicas. Infelizmente o contrário não é verdade.

Entretanto, a LQG tem um certo charme para os desavisados. Isso ocorre porque é muito difícil ingressar na área de cordas. Ela é um enorme cipoal sem começo nem fim. Só com muito esforço e determinação é possível compreender e trabalhar em cordas. Já a LQG tem um ponto de partida bem definido, como num livro texto, e muitos consideram muito mais fácil estudar LQG do que cordas. Isso está discutido noutro post de minha autoria de agosto deste ano.

A principal crítica encontrada nos livros, entretanto, é de cunho, poderíamos dizer, sociológico. Ambos os livros denunciam que há uma conspiração nos departamentos de física devido à preferência dada na contratação de pesquisadores de cordas. Não se trata disso. Afinal, a teoria de cordas é a única extensão das teorias que conhecemos atualmente e que permite a quantização da gravitação. Isso é um grande feito. Apesar de ter mais de 30 anos ainda não é uma teoria acabada pois não conhecemos seus fundamentos. Por isso tem tanta gente trabalhando em cordas. Deve ser lembrado que Einstein demorou 10 anos para formular a relatividade geral e não há nenhum Einstein atualmente. É muito ingênuo acreditar que um número tão grande de pesquisadores dedicaria anos de sua carreira para estudar algo que definitivamente não teria qualquer conexão com a natureza. Poucos estudantes escolhem a LQG devido aos problemas que mencionei acima. Os estudantes mais brilhantes escolhem teoria de cordas devido aos resultados já obtidos até aqui.

A resenha de Flávio dá a impressão de que existe uma guerra nos bastidores da física. Isso não é verdade. Poucos físicos de cordas dão atenção às críticas de Woit e de Smolin. Se ambos fizessem críticas técnicas aí sim seriam levados em conta. Quando Smolin afirma que a física ficou estagnada por tinta anos, mesmo que esteja se referindo apenas à área de partículas elementares, sabemos que não é verdade. Enormes avanços foram feitos durante esse período. O que acontece é que nesta era da informação os blogs amplificam em muito a repercussão de comentários que em outras épocas passariam despercebidos. Como dito anteriormente, Peter Woit tem um blog onde atrai, com suas críticas, um sem número de pessoas sem qualificação para falar sobre a teoria de cordas. Todos eles têm a oportunidade de criticar algo que não conhecem. Por outro lado, Lubos Motl, professor de física de Harvard, tem um blog, o Reference Frame, onde defende ardentemente a teoria de cordas e ataca com igual ardor a LQG. Outro blog menos conhecido, é o The String Coffee Table onde as discussões são mais técnicas e a participação de pessoas não qualificadas é bem menor. No final da contas, tudo isso é positivo para a ciência. O que mantém a ciência em seu curso são as críticas de seus pares, sejam elas bem fundamentadas ou não. Claro que as críticas técnicas, feitos por especialistas, sempre merecem mais atenção do que aquelas de cunho mais geral ou de fundo sociológico, assunto sobre o qual já discorri anteriormente.

É bastante salutar acompanhar esta discussão nos blogs de Woit e Motl, apesar dos ataques pessoais de ambos os lados. A teoria de cordas só tem a ganhar com isso. E para terminar, é bom lembrar as palavras de Brian Greene, autor do Universo Elegante: O rigor matemático e a elegância não bastam para demonstrar a relevância de uma teoria. Para ser considerada uma descrição correta do universo, uma teoria deve fazer previsões confirmadas por experimentos. Por isso mesmo tem muita gente de olho numa possibilidade de testar experimentalmente a teoria de cordas. É um Nobel na certa!

UPDATE: Conforme prometido, seguem os links para o Jornal da Ciência: a resenha e a entrevista com Lee Smolin e o artigo de Marcelo Gleiser.