String theory and the hidden structures of the universe - Clifford Johnson

Teoria das Cordas e as estruturas ocultas do universo - Clifford Johnson

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Tradutor: Isabel Villan Revisor: Viviane Ferraz Matos

So I work on trying to understand

Bem, trabalho tentando entender

how the universe works at the very basic level,

como o universo funciona em um nível muito fundamental,

the most basic level we can find.

o nível mais essencial que podemos encontrar.

So, when you try in your everyday life

Então, quando você tenta, na vida cotidiana,

to try and work out how something works,

descobrir como algo funciona,

what you're actually doing is you're looking for

na verdade, o que você está fazendo é procurando

what I call hidden structures.

o que chamo de estruturas ocultas.

For example, you take something like your cell phone,

Por exemplo, você pega algo como seu celular,

your smart phone,

seu 'smart phone',

it's a complicated object,

é um objeto complicado,

and you might wonder how it works.

e você pode imaginar como funciona

Well, what you can do is go in

Bem, o que você pode fazer é ir em frente

and actually take it apart.

e realmente desmontá-lo.

You'll void the warranty, but that's OK.

Você anula a garantia, mas tudo bem.

And you'll go in and what you'll find

E você vai em frente e o que encontra

is that it's made of tiny little electronic components.

é que ele é feito de pequeníssimos componentes eletrônicos.

And those electronic components are actually moving around

E esses componentes eletrônicos estão, na verdade, movendo-se ao redor

a certain kind of particle that we know

de um certo tipo de partícula que conhecemos

that's called the electron,

e é chamada de elétron,

and that's where the name "electronics" comes from.

e foi daí que veio o nome "eletrônica".

So if you know the actual rules

Então, se você conhece as verdadeiras regras

of how to put those things together,

de como elaborar coisas,

you can actually make your smart phone

consegue fazer seu 'smart phone'

or you could make various other electronic devices as well.

ou consegue também fazer vários outros dispositivos eletrônicos.

So, there are people like myself

Assim, há pessoas como eu

who, actually for a living, try and do this sort of thing

que, como profissão, fazem esse tipo de coisa

not just for, say, a cell phone or its components,

não apenas para, digamos, um celular ou seus componentes,

but asking what, say, your hand is made of,

mas questionando, digamos, de que é feita sua mão,

or the chair you're sitting in,

ou a cadeira na qual você está sentado,

or the planet Earth,

ou o planeta Terra,

the sun,

o sol,

the stars,

the entire universe.

as estrelas,

o universo inteiro.

And so, using various kinds of instruments

E assim, usando vários tipos de instrumentos,

and observations

observações

and experiments,

e experimentos,

we've been able to probe deeper and deeper over the years,

temos sido capazes de explorar cada vez mais profundamente, ao longo dos anos,

and we now know that the matter that we're made of

e agora sabemos que a matéria de que somos feitos

and that we see around us

e que vemos ao nosso redor

is actually made of tiny little elementary particles.

é, de fato, feita de pequeníssimas partículas elementares.

And elementary particles interact with each other

E partículas elementares interagem umas com as outras

via the forces of nature,

através das forças da natureza,

but we've also discovered

mas ainda descobrimos

that those forces of nature themselves actually operate

que essas próprias forças da natureza, na verdade, operam

by exchanging elementary particles as well.

também trocando partículas elementares.

They're actually particles of force that are exchanged

De fato, elas são partículas de força que são trocadas

by the particles of matter.

pelas partículas de matéria.

And you may have heard this year

E, neste ano, vocês devem ter ouvido

that there was big news,

que havia grandes novidades,

a major announcement in this story,

um anúncio importante nesta história,

the Large Hadron Collider, the LHC,

o Grande Colisor Hadron, o LHC.

a huge experiment in Europe,

um experimento monumental na Europa,

has actually uncovered a Higgs boson,

tinha descoberto o bóson de Higgs,

and that particle's job is to interact

e que a função dessa partícula é interagir

with the various elementary particles

com as várias partículas elementares

and give them the masses that we observe.

e dar-lhes as massas que observamos.

So, this exciting picture is analogous

Portanto, esse quadro entusiasmante é análogo

to the one I showed you for the cell phone.

àquele que lhes mostrei para o celular.

We have the components

Temos os componentes

and we have the rules of particle theory,

e temos as leis da teoria das partículas,

as it's called,

como é chamada,

by which these all operate

pelas quais tudo isso opera

and give rise to the various things.

e dá origem a várias coisas.

Now, we actually think that we've only just

Bom, na verdade, achamos que apenas

scratched the surface of finding this quantum world,

arranhamos a superfície na busca desse mundo quantum,

the hidden structure of our world.

a estrutura oculta de nosso mundo.

Let me give you three examples

Deixem-me dar-lhes três exemplos

of the puzzles we're still working on.

de quebra-cabeças em que ainda estamos trabalhando.

So, what I did is I gathered the particles up

Então, o que fiz foi reunir as partículas

into the patterns that they tend to form,

nos padrões que elas tendem a formar,

but we don't know where those patterns come from.

mas não sabemos de onde vêm esses padrões.

We know how to describe the particles,

Sabemos descrever as partículas,

but we don't know where the patterns come from.

mas não sabemos de onde vêm os padrões.

When you see patterns in science,

Em ciência, quando você vê padrões,

you look for a hidden structure,

procura por uma estrutura oculta,

so that's one of the things.

portanto, essa é uma das coisas.

Also, we now know that there's a huge amount

Ainda, sabemos agora que há uma enorme quantidade

more matter out there

de matéria lá fora

than just the things that I was just talking about.

e não apenas as coisas sobre as quais acabei de falar.

That stuff is called dark matter.

Essa coisa é chamada de matéria escura.

We don't know what it is,

Não sabemos o que é,

and we'd like to be able to get it

e gostaríamos de ser capazes de consegui-la,

and experiment with it and figure out what it is.

fazer experimentos com ela e descobrir o que é.

And then, the other thing I'd like to talk about

Então, a outra coisa sobre a qual gostaria de falar

is the fact that the force of gravity,

é o fato de que a força da gravidade,

perhaps the most familiar force we know,

talvez a força mais comum que conhecemos,

when you get down to the quantum level,

quando você se volta para o nível do quantum,

it actually doesn't operate

ela, de fato, não atua

according to those rules of particle theory.

de acordo com aquelas leis da teoria das partículas.

So, given that gravity is actually about the shape

Assim, dado que a gravidade refere-se à forma

of space and time as Einstein taught us,

do espaço e tempo, como Einstein nos ensinou,

we, in working out what the quantum story of gravity is,

nós, descobrindo o que é a história da gravidade quantum,

which we call quantum gravity,

que chamamos gravidade quantum,

we hope to get to groups of questions like,

nós esperamos chegar a grupos de questões como:

are there particles of space and time itself

há partículas de espaço e tempo

and how do they fit together?

e como elas se encaixam?

What are the rules?

Quais são as leis?

So, this leads us to things

Bem, isso nos conduz a coisas

like studying where it all began,

como estudar onde tudo começou,

13.7 billion years ago,

13.7 bilhões de anos atrás,

the Big Bang.

o Big Bang.

We know matter and energy

Conhecemos matéria e energia

as we understand it was created,

como entendemos que foi criada,

but also, space and time itself.

mas também espaço e tempo.

So those are the sorts of things

Então, esses são os tipos de coisas

we study in this quest.

que estudamos nesta pesquisa.

Also, we have things that are around us today,

Além disso, temos coisas que estão à nossa volta hoje,

such as black holes,

como buracos negros,

which are very important clues.

que são pistas muito importantes.

They're actually holes in space

Eles são, de fato, buracos no espaço

that we'd like to understand.

que gostaríamos de entender.

Also, the newly discovered dark energy,

Também, a recém-descoberta energia escura,

which is the tendency of space

que é a tendência do espaço

all through the universe to accelerate its expansion.

através de todo o universo acelerar sua expansão.

So scientists are working on these kinds of things,

Então os cientistas estão trabalhando nesse tipo de coisas,

trying to understand what we think is now the case

tentando entender o que agora pensamos que é o caso

that there's not just hidden structures

de que não há apenas estruturas ocultas

of matter and energy,

de matéria e energia,

but also space and time.

mas também de espaço e tempo.

So the question is, what are the rules?

Portanto, a pergunta é: quais são as leis?

And there are many approaches to this,

E há muitas abordagens para isso,

and one of them is one you may have heard of,

e uma delas é uma de que devem ter ouvido,

called string theory.

chamada teoria das cordas.

And so it is one of many approaches

É uma das muitas abordagens

and we don't know if it's right yet,

e ainda não sabemos se está correta,

we're not finished developing the theory,

não terminamos de desenvolver a teoria,

but it's given us some really exciting, tantalizing hints.

mas ela nos deu algumas sugestões empolgantes, impressionantes.

I'd like to tell you about a few of them.

Gostaria de contar-lhes sobre algumas delas.

So, one of them is simply that you take away

Uma delas é simplesmente que você exclui

the idea of looking for a tiny quantum particle,

a ideia de procurar por uma pequena partícula quantum,

you look instead for an extended object,

em vez disso, você procura por um objeto alongado,

a string, which can vibrate.

uma corda, que pode vibrar.

And it actually gives you some exciting opportunities

E, de fato, isso lhe dá algumas oportunidades empolgantes

because, for example, it would say

porque, por exemplo, diria,

if we've missed that hidden structure

se deixamos escapar aquela estrutura oculta

by not looking closely enough,

por não olhar com bastante cuidado,

we wouldn't realize that many different kinds of particles

não perceberíamos que muitos tipos diferentes de partículas

are just different vibrations of the same string,

são apenas vibrações diferentes da mesma corda,

which is a really exciting possibility

o que é uma possibilidade realmente entusiasmante

and a huge simplification.

e uma enorme simplificação.

So that's one of the ideas.

Essa é uma das ideias.

The other thing that's really exciting about string theory

A outra coisa muito empolgante sobre a teoria das cordas

is that one of those particles it describes

é que uma dessas partículas que ela descreve

is actually the missing quantum of gravity

é realmente o quantum da gravidade

that we have been trying to understand.

que temos tentado entender.

And then the other thing is that strings actually,

A outra coisa é que as cordas,

instead of one wanting just to move in the dimensions,

em vez de ser apenas uma querendo se mover nas dimensões,

the three space dimensions that we are familiar with,

as três dimensões espaciais com que estamos habituados,

actually seem to want to move in higher dimensions.

de fato, parece querer mover-se em dimensões mais altas.

So we have this idea, then,

Temos essa ideia, então,

what would it mean for our world,

o isso que significaria para nosso mundo,

if this were anything to do with our world,

se isso fosse algo relacionado com nosso mundo,

and we don't know that yet?

e não conhecemos ainda?

Here's a way that our world would arise from that.

Eis uma maneira como nosso mundo surgiria disso.

You would have our world,

Você teria nosso mundo,

and then one of the hidden structures

então uma das estruturas ocultas

would be hidden chunks in space time

seriam pedaços ocultos no espaço-tempo

that are not visible, those extra dimensions.

que não são visíveis, essas dimensões extra.

And then the various particles that we see in the world

E as várias partículas que vemos no mundo

would come from being vibrations of strings

surgiriam como vibrações de cordas

and those patterns we saw that we can't explain

e esses padrões vistos, que não podemos explicar,

come from the fact that the strings can probe

viriam do fato de que as cordas podem explorar

and feel the shape of those internal dimensions.

e perceber a forma dessas dimensões internas.

So, one of the things, then, is

Então, uma das coisas é:

can we actually test this?

podemos realmente testar isso?

This is a lovely idea, but how do we confront this

Essa é uma ideia fascinante, mas como confrontamos isso

with real experiments and observations

com experimentos verdadeiros e observações

because we're doing science here?

porque estamos falando de ciência aqui?

And that's the hard thing.

E essa é a coisa difícil.

We think that the energy you need

Pensamos que a energia que você precisa

to probe the tiny-enough scales

para sondar as escalas diminutas

to see the strings if they're there,

para ver as cordas, se elas estão lá,

is more than we can hope to get any time soon.

é maior do que a que podemos obter por ora.

But what we can do is we can look

Mas o que podemos fazer é: podemos procurar

for the consequences of those hidden structures,

pelas consequências dessas estruturas ocultas,

we can look for how those things show up in physics

podemos procurar como essas coisas aparecem em física

that we can get access to.

para que possamos acessá-las.

So, that's why we study things like

É por isso que estudamos coisas como

dark matter,

matéria escura,

black holes,

buracos negros,

dark energy,

and we also look at remnants of the early universe,

energia escura,

e também observamos remanescentes do universo primitivo,

the cosmic microwave background that satellites.

o histórico da micro-onda cósmica que orbita.

And, importantly, we look for clues

E, principalmente, olhamos para pistas

from the various kinds of particle physics experiments,

de vários tipos de partículas com que a física faz experimentos,

like the LHC.

como o LHC.

So, one last thing, then,

Uma última coisa, então,

is a new thing that's been going on.

é uma coisa nova que está acontecendo.

String theory may turn out to be useful

A teoria das cordas pode tornar-se útil

in other areas of physics.

em outras áreas da física.

There are new kinds of experiments

Há novos tipos de experimentos

that start out, say, with our friend the electron,

que começam, digamos, com nosso amigo elétron

and actually show that in certain circumstances,

e demonstram que, em certas circunstâncias,

the electrons interact in a way

os elétrons interagem de uma forma

that give you completely new,

que lhes dá tipos de comportamento

weird kinds of behavior.

completamente novos e estranhos.

And there are models that show

E existem modelos que demonstram

that string theory's actually the best way.

que a teoria das cordas é realmente o melhor caminho.

In some circumstances,

Em algumas circunstâncias,

using the rules of string theory,

usando as leis da teoria das cordas,

you can actually explain that sort of behavior.

você pode, de fato, explicar aquele tipo de comportamento.

So this gives us an exciting possibility,

Então, isso nos dá uma possibilidade entusiasmante,

there's real experiments you can do

há experimentos verdadeiros que você pode fazer

with these electrons

com esses elétrons

that will help us shape the rules

que nos ajudarão a dar forma às leis

for what string theory is.

para o que é a teoria das cordas.

And you might go,

E você pode dizer:

"Well, OK, that's going to give us

"Bem, ok, isso vai nos dar

maybe some fancy new kind of electronics

talvez um novo tipo extravagante de eletrônica

that we can make a better cell phone with."

com que podemos fazer celulares melhores."

But, what I'm saying that those rules

Mas, o que estou dizendo é que essas leis

may actually be the same rules we're looking for

podem, na verdade, ser as mesmas regras que estamos procurando

to see if string theory can help us

para verificar se a teoria das cordas pode nos ajudar

with these bigger questions.

com essas questões maiores.

So, at the end of the day,

Então, no final do dia,

the hidden structures of the universe we're looking for,

as estruturas ocultas do universo, que estamos procurando,

may, one day, be right under our noses.

podem, um dia, estar bem debaixo de nosso nariz.

Thank you.

Obrigado.