Existe uma quinta dimensão?

Imagine um mundo onde você só pode se mover para frente e para trás ao longo de uma linha. Você não vê nada além de pontos únicos à sua frente e nada além de pontos únicos atrás de você – um mundo unidimensional.

Agora expanda isso para uma segunda dimensão – você pode se mover para frente e para trás, e também para a esquerda e para a direita, experimentando o mundo como linhas planas se movendo ao redor uma da outra. Mas você não poderia fazer um buraco em qualquer coisa neste universo – você dividiria ele ao meio. Acrescente uma terceira dimensão e você terá profundidade – as coisas assumem formas visíveis e podem se mover ao redor umas das outras, tornando-se o mundo rico em que vivemos hoje. Então, há uma quarta dimensão, o tempo, através da qual só podemos experimentar o movimento para a frente.

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E se houvesse uma quinta dimensão pela qual as coisas pudessem se mover? Como seria? Ela existe em outro lugar, obscurecido por nossos cérebros de quatro dimensões? Ou, e se o universo tem secretamente onze dimensões, algumas das quais estão enroladas e são apenas experimentadas pelas menores unidades de massa?

Como qualquer outra pessoa que teve uma aula de física (ou fumou maconha) nos perguntamos se uma quinta dimensão poderia existir em algum lugar do universo e, em caso afirmativo, como seria. Entramos em contato com físicos e matemáticos para nos ajudar a descobrir e há muita discordância em torno da questão.

Djuna Croon

Pesquisador de pós-doutorado no TRIUMF Theory Group, Vancouver BC, Canadá

A existência de uma quinta dimensão é uma possibilidade interessante que pode ou não ser percebida na natureza. Em particular, uma dimensão extra que se comporta como espaço (em vez de tempo), mas é compacta em vez de infinita, é descrita em muitas teorias da física de partículas. A dimensão extra pode, por exemplo, explicar as propriedades das partículas que observamos em nossos experimentos. Pode também prever a existência de outras partículas ou explicar como a gravidade se comporta.

Quer a quinta dimensão seja “real” ou não, ela pode fornecer um dispositivo matemático útil. Um cenário 5D nos permite calcular coisas que são muito mais difíceis de calcular em 4D.

Provavelmente nunca veremos diretamente a quinta dimensão, mas isso não significa que não possamos encontrar evidências convincentes. Por exemplo, ninguém jamais detectou um quark isolado, mas o modelo de quarks faz um trabalho incrível ao explicar as propriedades de partículas compostas maiores (hadrons). Por causa disso, os cientistas hoje concordam que os quarks são partículas fundamentais. Da mesma forma, se coletarmos evidências suficientes de que as teorias 5D “funcionam” – explicam os dados existentes e fazem previsões bem-sucedidas -, então a existência de uma quinta dimensão seria muito bem motivada.

“A teoria das cordas é, na verdade, apenas consistente se você tiver não apenas uma quinta dimensão, mas também uma sexta, sétima, oitava, nona e décima dimensão”.

Tim Wrasse

Físico no Instituto de Física Teórica da Universidade de Tecnologia de Viena

Sou teórico das cordas e, como tal, estou tentando combinar a teoria da relatividade geral de Einstein com a mecânica quântica. A é, na verdade, apenas consistente, se você tiver não apenas uma quinta dimensão, mas também uma sexta, sétima, oitava, nona e décima dimensão. Se você não tiver essas dimensões extras, não poderá escrever uma teoria consistente que descreva nosso universo.

Como são as dimensões extras? Como não podemos vê-las, significa que elas devem ser muito pequenas. O exemplo clássico é um canudo. De longe parece um objeto unidimensional, mas se você olhar de perto, verá que tem uma segunda dimensão que é um círculo. Então a quinta dimensão que estaria em todo lugar no espaço deveria ser um círculo muito pequeno. Tão pequeno que não podemos ver. Há maneiras mais elaboradas de procurar experimentalmente por dimensões extras que não usam luz e um microscópio, mas o que todas elas têm em comum é que elas podem apenas dar uma margem maior do comprimento de uma dimensão extra circular. Então, dependendo de quão pequena ou grande é essa dimensão extra, poderíamos descobrir isso em um futuro próximo ou potencialmente nunca.

Se você tiver mais de uma dimensão extra, elas podem ser todas circulares, mas, em princípio, elas também podem ter formas mais complicadas. Assim, por exemplo, duas dimensões extras podem tomar a forma de um donut (isto é, essencialmente dois círculos) ou podem ser, por exemplo, uma esfera.

A grande questão é, se há uma ou mais dimensões extras, então por que elas são tão diferentes das três dimensões espaciais que estamos acostumados. Estas não são círculos pequenos, mas muito grandes. Elas podem ser círculos gigantescos e é possível que, se você voar com sua espaçonave por um longo tempo em uma direção, você volte para a Terra. Não temos evidência de tal circularidade de nenhuma das três dimensões, mas também não podemos excluí-la. Definitivamente, nossas três dimensões são muito diferentes de pequenas dimensões extras e há especulações de por que isso acontece, mas nada disso é realmente explicado. Um problema de, por exemplo, ter apenas duas grandes dimensões (esquerda-direita e cima-baixo, mas não para frente e para trás) é que a vida como a conhecemos não poderia existir. Problemas semelhantes podem ou não existir por mais de três grandes dimensões espaciais. Então, pode ser que a vida como conhecemos favorece um tempo e três grandes dimensões espaciais (mas, novamente, isso está longe de ser compreendido).

“… na ausência de qualquer evidência, ou mesmo razão plausível, para a existência dessas dimensões, você pode também debater se os unicórnios cagam arco-íris”.

Sabine Hossenfelder

Pesquisadora do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt

Nós temos zero evidências para a existência de uma quinta dimensão do espaço. Os físicos certamente perseguem ideias de que pode haver uma quinta dimensão (ou mais de cinco dimensões), mas como não temos evidências, eles sempre seguem essas ideias com desculpas de por que não viram a nova dimensão. Normalmente, é porque só vemos novas dimensões a distâncias menores ou maiores do que as que medimos até agora.

Existem agora muitos físicos teóricos que ganham a vida calculando detalhes de modelos com dimensões extras, como se uma quinta dimensão existisse com essas propriedades específicas, e o que faria a esse solavanco na radiação cósmica de fundo em micro-ondas ou algo semelhante. Mas, na ausência de qualquer evidência, ou mesmo de uma razão plausível, para a existência dessas dimensões, você pode também debater se os unicórnios cagam arco-íris.

Peter Woit

Docente Sênior do Departamento de Matemática da Columbia University

Há muitas maneiras de adicionar uma quinta dimensão, o problema é que, se for algo como as outras quatro, não há nenhuma evidência experimental, e nenhuma teoria viável que use uma quinta dimensão oculta para explicar qualquer coisa de forma convincente. O Modelo Padrão de partículas elementares é uma teoria geométrica e, como tal, envolve dimensões geométricas além das quatro dimensões espaço-temporais usuais. Mas essas dimensões “internas” se comportam de maneira bem diferente, não seguem as leis físicas que governam o espaço e o tempo.

“Se houver dimensões extras, elas devem estar de alguma forma escondidas de nossos olhos.”

Sean Carroll

Professor pesquisador do Departamento de Física do Instituto de Tecnologia da Califórnia

Não temos ideia se há uma quinta (ou sexta, sétima…) dimensão ou não. A possibilidade é prevista por algumas teorias muito promissoras, como a teoria das cordas, mas ainda não há evidências experimentais a favor dela. Se houver dimensões extras, elas devem estar de alguma forma ocultas a nossos olhos. Isso pode ser porque elas estão enroladas em uma pequena bola, ou porque as partículas e forças das quais somos feitos são confinados a uma “brana” (abreviação de “membrana” utilizada na física) tridimensional dentro de um espaço maior. Os físicos estão conduzindo pesquisas experimentais para todas as diversas possibilidades.