A teoria de tudo: a busca para explicar toda a realidade

Embarque com o Dr. Lincoln em uma busca por uma teoria de tudo - uma explicação simples e abrangente para todos os fenômenos físicos do universo. Confronte a incompatibilidade de nossos dois melhores protótipos: o modelo padrão da física de partículas e a teoria geral da relatividade.

Saiba como dois fenômenos aparentemente separados, eletricidade e magnetismo, foram demonstrados por James Clerk Maxwell na década de 1860 como aspectos de uma única força subjacente, demonstrando como a unificação funciona na física. Em seguida, veja como as equações do eletromagnetismo de Maxwell fazem uma previsão notável.

Acompanhe uma das viradas mais estranhas da ciência moderna: a descoberta do mundo paradoxal da luz, que deu origem à teoria da mecânica quântica. Descubra como a luz e a matéria se comportam tanto como partículas quanto como ondas e analise as evidências dessa curiosa característica do mundo quântico.

Trace o raciocínio que levou Einstein à sua teoria especial da relatividade, proposta em 1905. Aborde os equívocos comuns sobre essa nova e surpreendente visão do tempo e do espaço, que levou a ideias como a equivalência massa-energia, a impossibilidade de viajar mais rápido que a luz e o contínuo espaço-tempo.

Dê um passo mais profundo no mundo quântico, observando como a teoria da eletrodinâmica quântica, ou QED, une a mecânica quântica com a relatividade especial. Descubra que os esboços práticos do comportamento subatômico chamados diagramas de Feynman (em homenagem ao físico Richard Feynman) são, na verdade, equações disfarçadas.

Estude a força nuclear fraca, que é responsável pelo decaimento beta: a emissão de um elétron de um núcleo durante o decaimento radioativo. Descubra que muito mais está acontecendo, incluindo transformações estranhas que representam um desafio para uma teoria de tudo.

Analise mais idiossincrasias da força fraca, concentrando-se nas três partículas maciças que medeiam suas interações. Descubra que a força fraca é única em sua capacidade de alterar uma característica chamada sabor e aprenda que, em altas energias, a força fraca é excepcionalmente forte.

Uma etapa fundamental na busca por uma teoria de tudo foi a constatação de que as forças eletromagnética e fraca são aspectos da mesma força. Acompanhe a saga da unificação eletrofraca, que culminou com a descoberta do bóson de Higgs em 2012.

Explore a força que ajuda a manter o núcleo atômico unido, chamada de força forte. Mapeie a descoberta desse mecanismo misterioso - que só funciona a uma distância extremamente curta - e veja como ele levou a conceitos como quarks, glúons e a força de cor, que é responsável pela interação forte.

Reúna todos os conceitos estudados até o momento para avaliar o quanto os físicos estão próximos de uma teoria de tudo. Concentre-se nas deficiências do modelo padrão. Em seguida, concentre-se em duas questões candentes: Por que a massa do bóson de Higgs é tão baixa e por que a matéria predomina sobre a antimatéria?

Faça a transição para uma nova perspectiva enquanto o professor Lincoln destaca ideias especulativas que podem contribuir para uma teoria de tudo. Explore os mistérios dos neutrinos, que são extraordinariamente difíceis de detectar, mas que contêm pistas intrigantes sobre a possível unidade das forças fundamentais.

Considere por que a matemática é uma ferramenta tão eficaz para descrever a natureza. Em seguida, concentre-se na notável percepção da matemática Emmy Noether que vincula as simetrias nas equações de um sistema físico às leis de conservação, como a conservação da energia e a conservação do momento.

Os primeiros indícios de uma teoria bem-sucedida de tudo provavelmente surgirão das simetrias e da teoria dos grupos. Prepare-se para esse momento marcante aprofundando-se nessas importantes ideias matemáticas. Além disso, aprenda a abordar as propostas de teorias de tudo com fascínio, com um toque de ceticismo saudável.

Uma das ideias mais atraentes para os físicos que buscam uma teoria de tudo é a supersimetria, que trata as partículas portadoras de força e matéria como intercambiáveis. Explore os principais problemas que a supersimetria resolve e as deficiências que convencem alguns cientistas de que talvez outras ideias também devam ser consideradas.

Acredita-se que os blocos de construção fundamentais da matéria sejam os quarks (que interagem pela força forte) e os léptons (que interagem pelas forças eletromagnética e fraca). Mas será que existe um nível mais profundo? Explore a teoria dos préons, que podem ser ainda mais fundamentais do que os quarks e léptons.

A gravidade é, de longe, a mais fraca das forças fundamentais. Saiba como Newton conseguiu a primeira grande unificação na física ao mostrar que a gravidade terrestre e a celeste são a mesma. Ele também equiparou tacitamente a massa inercial e a massa gravitacional, o que levou à surpreendente teoria 250 anos depois.

Baseada na equivalência da massa inercial e gravitacional, a teoria geral da relatividade de Einstein explica a gravidade de uma maneira nova e surpreendente. Veja como a matéria e a energia determinam a forma do espaço e do tempo. Investigue as evidências que confirmam a relatividade geral, incluindo a descoberta de ondas gravitacionais em 2015.

Acompanhe a descoberta da falta de massa ao redor da maioria das galáxias, o que leva os cientistas a inferir que 85% de toda a matéria é "escura" e não pode ser observada diretamente. Avalie as principais teorias sobre essa discrepância e considere suas implicações para uma teoria de tudo.

Volte-se para a energia escura, o campo de energia fantasmagórico que parece estar afastando o universo a uma velocidade cada vez maior. Saiba como essa extraordinária descoberta foi feita em 1998 e explore as teorias que tentam explicar a energia escura e suas estranhas consequências.

Uma teoria de tudo deve encaixar a gravidade no reino quântico, reconciliando a teoria geral da relatividade com o modelo padrão da física de partículas. Explore os recursos da gravidade que tornam essa unificação tão difícil e avalie duas abordagens intrigantes: a teoria das supercordas e a gravidade quântica em loop.

Aventure-se em dimensões extras para investigar a extraordinária fraqueza da gravidade em comparação com as outras forças fundamentais. Essa jornada também lança luz sobre a possível criação de buracos negros subatômicos em aceleradores de partículas e por que buracos negros minúsculos não representam risco para a humanidade.

Começando com o big bang, trace a história do nosso universo, concentrando-se em eventos na mínima fração do primeiro segundo, quando fenômenos como supersimetria, supercordas e loops quânticos podem ter entrado em ação. Considere o poder explicativo da teoria da inflação cósmica.

Agora entre no reino de outros universos. Será que eles existem? Se sim, como poderíamos saber? Comece examinando os parâmetros livres que governam a estrutura e o comportamento do nosso universo. Em seguida, busque respostas para quatro perguntas cruciais que explicam por que os parâmetros assumem os valores que assumem.

Para finalizar, revise as teorias unificadas desde Newton, analisando uma equação notável que reúne as principais percepções e representa o status atual de uma teoria de tudo. Em seguida, veja as próximas etapas e ouça a agenda de pesquisa do próprio Dr. Lincoln para essa importante busca.