Por que a Teoria de Cordas não é uma teoria científica?

Concepção artística da Teoria de Cordas.

Por Ethan Siegel
Publicado na Forbes

Existem inúmeras maneiras para definir a ciência, mas talvez uma que todos podem concordar é que ela é um processo pelo qual:

  1. constrói conhecimento sobre o mundo natural ou recolhe informações sobre um fenômeno específico;
  2. uma hipótese testável é colocada adiante sobre uma explicação física e natural para esse fenômeno;
  3. essa hipótese é testada e, então, validada ou falseada;
  4. um quadro global — ou teoria científica — é construída para explicar a hipótese e fazer previsões sobre outros fenômenos;
  5. que, em seguida, é testada ainda mais, e seja validada, caso em que os novos fenômenos para teste são procurados (de volta ao passo 3), ou falseados, caso em que uma nova hipótese testável seja colocada adiante (de volta para o passo 2).

E assim por diante. Esse processo científico envolve sempre a recolha contínua de dados, a contínua refinação ou liminarmente substituição das hipóteses quando o domínio da validade da teoria for excedido, e os testes que estão sujeitos a essa teoria para a validação adicional ou potencial falseação.

É assim que a ciência progrediu, reconhecendo ou não esse fato. O heliocentrismo substituiu o geocentrismo porque explicou os fenômenos que o geocentrismo falhava em explicar, incluindo:

  • luas de Júpiter;
  • as fases e tamanhos de Vênus e Marte em diferentes épocas do ano;
  • e a periodicidade das órbitas dos cometas.
Fases de Vênus a partir do modelo heliocêntrico.
Fases de Vênus a partir do modelo heliocêntrico.

A gravidade newtoniana substituiu as leis de Kepler devido ao seu poder preditivo adicional, combinando a mecânica terrestre e celeste. Mesmo a relatividade de Einstein, tanto a especial como a geral, surgiu por causa das falhas da mecânica newtoniana para explicar o comportamento perto da velocidade da luz e em campos gravitacionais fortes. Foram observações muito além do que era capaz na época de Newton, tais como as medições do tempo de vida de partículas produzidas em decaimentos radioativos e a órbita de Mercúrio em torno do Sol ao longo dos séculos. A recolha contínua de dados — em novas organizações, com maior precisão e em escalas de tempo mais longos — permitiu-nos ver as rachaduras nas teorias científicas atuais, bem como onde estava o potencial para expandir além delas.

Agora, chegamos aos dias de hoje. A relatividade geral de Einstein ainda é a nossa principal teoria da gravidade, tendo passado em todos os testes experimentais e observacionais em seu caminho, de lente gravitacional ao quadro relativista, arrastando para o decaimento das órbitas dos pulsares binários, enquanto outras três forças fundamentais — o eletromagnetismo, a força nuclear forte e a fraca —, são descritas por teorias quânticas de campo. Essas duas classes de teorias são fundamentalmente incompatíveis e incompletas por conta própria, e indicam que há mais coisas no universo do que entendemos atualmente, apesar do sucesso do Modelo Padrão e da necessidade de uma teoria quântica da gravidade.

Concepção artística da Gravity Probe B em órbita da Terra para medir a curvatura do espaço-tempo.
Concepção artística da Gravity Probe B em órbita da Terra para medir a curvatura do espaço-tempo.

Uma opção para a solução desse problema é a teoria de cordas, ou a ideia de que tudo o percebemos como uma partícula ou força é simplesmente uma excitação de uma cadeia fechada ou aberta, vibrando em frequências específicas, mas únicas.

Pode parecer que, por chamá-la de “teoria de cordas” e apresentá-la como uma possível solução para uma questão científica, já respondeu-se afirmativamente: sim, a teoria de cordas é uma teoria científica. Mas é apenas uma teoria no sentido matemático, o que significa que ela tem seu próprio conjunto de axiomas, postulados, elementos, bem como os teoremas e corolários que podem ser derivados a partir deles. Teoria dos conjuntos, teoria dos grupos e a teoria dos números são exemplos de teorias matemáticas, e a teoria de cordas é um outro exemplo.

Projeção 2-D de uma variedade de Calabi-Yau, um método popular de compatificação extra de dimensões indesejadas da Teoria de Cordas.
Projeção 2-D de uma variedade de Calabi-Yau, um método popular de compatificação extra de dimensões indesejadas da Teoria de Cordas.

Mas é uma teoria física?

Ela faz previsões físicas, tais como:

  • a existência de dez dimensões;
  • que as constantes fundamentais são determinadas pelo “vácuo” da teoria de cordas;
  • a existência de partículas supersimétricas;
  • e que não existe uma relação matematicamente equivalente entre uma teoria quântica da gravidade em, digamos, cinco dimensões espaciais e uma teoria de campo sem gravidade no limite (e, portanto, em quatro dimensões) desse espaço.

Essas são, sem dúvida, as previsões sobre o universo físico. Mas podemos testar qualquer uma dessas previsões?

Concepção artística da D-branas de Rogilbert.
Concepção artística da D-branas de Rogilbert.

A resposta, até agora, é não. O primeiro é um grande problema: é preciso livrar-se de seis dimensões para voltar o universo que vemos, e há mais maneiras de fazê-lo do que átomos no universo. O que é pior, é que cada maneira que você fizer dará um diferente “vácuo” para a teoria de cordas, sem nenhuma maneira clara para obter as constantes fundamentais que descrevem o universo que habitamos, que é a segunda previsão. A terceira previsão chegou-se vazia, mas que seria necessária para alcançar energias que são ~ 1015 vezes mais elevadas do que o que o LHC pode produzir para descartar a teoria de cordas inteiramente e assim falseá-la. Além disso, o caso das partículas supersimétricas não é uma previsão original da teoria de cordas; encontrá-las só iria significar que a teoria das cordas não está descartada, não que ela está certa. E a última previsão é apenas matemática, não física. Ela não nos dá nada específico para procurar ou testar sobre o nosso universo.

Embora tenha acontecido uma conferência inteira no início deste mês, impulsionado por um controverso artigo de opinião escrito há um ano por George Ellis e Joe Silk, a resposta é muito clara: não, a teoria de cordas ainda não atingiu o nível de uma teoria científica. A maneira como as pessoas estão tentando transformá-la em ciência é – como Sabine Hossenfelder e Davide Castelvecchi reportaram – tentando redefinir o que é “ciência”.

Tulipa agenensis sharonensis.
Tulipa agenensis sharonensis.

Que absurdo! Se eu lhe mostrar uma tulipa e disser, “esta é uma rosa”, você poderia mostrar-me todas as rosas do mundo e dizer, “não, essas são rosas, que é uma tulipa”. Se eu, em seguida, mudar a definição de rosas para incluir tulipas, o que precisaria uma tulipa para tornar-se uma rosa? Ou eu estaria dando uma definição útil e uma distinção menos útil?

Concepção artística de mundos rochosos.
Concepção artística de mundos rochosos.

Se você quiser subir para o nível de uma teoria científica, você tem que fazer uma previsão testável — e, portanto, falseável ou validável. Mesmo um estado físico que surge como consequência de uma teoria estabelecida, como o multiverso, não é uma teoria científica até que tenhamos uma maneira de confirmar ou refutar; é apenas uma hipótese, mesmo que seja uma boa hipótese. O que é interessante sobre a teoria de cordas é que quando foi proposta pela primeira vez, era chamada de hipótese de cordas, como era reconhecida essa ideia que ainda não tinha o status de uma teoria completa. (É claro que, naquela época, a hipótese era de que as cordas eram a entidade fundamental dentro dos núcleos atômicos, ao invés de quarks e glúons.)

Modelo de Cordas de mésons e bárions.
Modelo de Cordas de mésons e bárions.

Ainda é uma hipótese física, e talvez um dia ela se torne uma teoria científica fisicamente interessante. Quando esse dia chegar, todos nós vamos olhar para a teoria de cordas com orgulho e dar boas-vindas a ela como ciência. Até então, todos nós concordamos que a teoria de cordas é interessante para as possibilidades que detém. Se essas possibilidades são relevantes ou significativas para o nosso universo, no entanto, é uma pergunta que a ciência é incapaz de resolver hoje.

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