O que é a quarta dimensão?


As três primeiras dimensões – comprimento, largura e altura – representam o espaço. A quarta representa o tempo. Se estabelecermos um sistema de referência como o da figura , com três eixos perpendiculares entre si, qualquer ponto do espaço pode ser definido por três números, que representam as coordenadas do ponto em relação aos eixos. Tudo o que acontece, porém, acontece no tempo. Portanto, para descrever um acontecimento, é preciso mais um número, que represente uma medida de tempo, isto é, uma coordenada temporal. A novidade anunciada no início do século por Einstein, é que espaço e tempo, ao contrário do que se pensava, são grandezas intimamente relacionadas. Para escrever as equações de sua Teoria da Relatividade, ele utilizou então sistemas de referência de quatro dimensões (de impossível representação gráfica) e passou a tratar o espaço e o tempo como uma entidade única, o espaço-tempo.

Cientistas descobrem como detectar a quarta dimensão do espaço

 

Quarta dimensão do espaço
Dois cientistas norte-americanos acabam de publicar uma pesquisa que demonstra como detectar a quarta dimensão do espaço. Somando-se o tempo, passaríamos então a "ver" nosso universo em cinco dimensões. A teoria é, na verdade, um novo modelo para o entendimento da força da gravidade, uma alternativa à Teoria da Relatividade Geral, de Einstein.
A demonstração matemática permitirá que os astrônomos testem a nova teoria da gravidade e as cinco dimensões do universo. Charles R. Keeton e Arlie O. Petters batizaram sua teoria de modelo gravitacional de branas de Randall-Sundrum de tipo II.
Universo de cinco dimensões
A teoria sustenta que o universo visível é uma membrana incorporada em um gigantesco universo, de forma muito parecida com uma alga-marinha flutuando sobre o oceano. Esse "mundobrana" ou "universobrana" tem cinco dimensões - quatro dimensões espaciais mais o tempo - comparado com as quatro dimensões - três espaciais mais o tempo - da Teoria da Relatividade Geral de Einsten.
O modelo matemático apresentado prevê certos efeitos cosmológicos que, se observados, ajudarão os cientistas a validar ou rejeitar a teoria do mundobrana. Segundo eles, as observações poderão ser possíveis com a utilização de um telescópio espacial com lançamento previsto para os próximos anos.
Se comprovada, o impacto de uma nova dimensão não se restringirá à Física. "Ela irá confirmar que há uma quarta dimensão no espaço, o que irá criar uma alteração filosófica em nosso entendimento do mundo natural," diz Petters.
Branas e mundobranas

O modelo de um mundo de branas de Randall-Sundrum - batizado com o nome de seus criadores, Lisa Randall, da Universidade de Harvard e Raman Sundrum, da Universidade Johns Hopkins - consiste em uma descrição matemática de como a gravidade dá forma ao universo, diferindo da explicação dada pela Teoria Geral da Relatividade. A imagem ao lado é uma simulação em computador de como seriam as branas.
Keeton and Petters centraram sua atenção em uma conseqüência gravitacional em especial da teoria do mundobrana, que a distingue da teoria de Einstein.
A teoria do mundobrana prevê que buracos negros relativamente pequenos, criados quando o universo nasceu, sobreviveram até hoje. Os buracos negros, com massa equivalente a um pequeno asteróide, seriam uma parte da matéria escura. Como seu nome sugere, a matéria escura não emite e nem reflete luz, mas exerce uma força gravitacional.
A Teoria da Relatividade Geral, por sua vez, estabelece que esses buracos negros primordiais não existem mais. "Quando nós calculamos a que distância da Terra poderiam estar os buracos negros do mundobrana, ficamos surpresos de descobrir que os mais próximos podem muito bem estar no interior da órbita de Plutão," diz Keeton.
Petters acrescenta: "Se os buracos negros do mundobrana formarem apenas um por cento da matéria escura em nossa parte da galáxia - uma estimativa conservadora - poderá haver milhares desses buracos negros em nosso Sistema Solar."
Encontrar um buraco negro
Agora, para comprovar sua teoria de cinco dimensões, os cientistas terão que encontrar esses buracos negros. Eles demonstraram que pode ser possível detectá-los observando a radiação de outras galáxias que está vindo continuamente para a Terra.

Ao passar perto de um corpo com a força gravitacional tão forte quanto um buraco negro, essa radiação é afetada, formando um efeito chamado "lente gravitacional."
Os cientistas estão particularmente interessados nos jatos de raios-gama que vêm em direção à Terra. Raios-gama de alta concentração originam-se, por exemplo, de explosões estelares. Ao passar perto de um buraco negro, esse raios sofreriam um padrão de interferência, que pode ser detectado.
A técnica das lentes gravitacionais ja é comum em astrofísica, sendo utilizada, por exemplo, para se procurar por planetas extrasolares. Mas os cientistas descobriram que a "assinatura" da quarta dimensão espacial também aparece no padrão de interferência captado, surgindo como uma contração entre as "franjas" do padrão.
Segundo os cientistas, o telescópio espacial GLAST ("Gamma-ray Large Area Space Telescope"), a ser lançado em Agosto de 2007, será capaz de medir esse padrão de interferência.
Agora, é só esperar o lançamento do GLAST e aguardar que os cientistas façam suas medições. E, caso a teoria seja comprovada, preparar-se para ver a ciência dando os primeiros passos rumo ao conhecimento de um outro universo, intuído por muitos, mas até agora fugidio e insistentemente se escondendo de nossos mais apurados "sensores".

Cientistas a ponto de dominar a Quarta Dimensão

Físicos da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, deram um grande passo para derrubar o muro que separa o microcosmo da mecânica quântica do mundo macro da vida cotidiana e da tecnologia. Conseguiram unir os destinos - ainda que por uma fração de segundo - de trilhões de átomos separados no espaço.
A recompensa para a ciência, caso consiga dar muitos outros passos nessa direção, virá na forma de computadores muito superiores aos atuais. E, quem sabe, na forma do teletransporte, um velho sonho da ficção científica.


Brian Julsgaard e dois colegas de Aarhus foram capazes de induzir uma estranha propriedade em duas amostras compostas por cerca de 1 trilhão de átomos de césio cada -o fenômeno conhecido como entrelaçamento. Embora já tenha sido obtido com poucas partículas, é a primeira vez que um objeto macroscópico é levado a esse estado.
O trabalho está publicado na revista britânica "Nature" (http://www.nature.com).
O fantasma de Einstein
Em 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen haviam publicado um trabalho com a intenção de desmascarar a teoria da mecânica quântica, que consideravam maluca demais para ser levada a sério.
Partindo de preceitos teóricos, mostraram que seria possível duas partículas se "entrelaçarem", de modo que a determinação de certa característica em uma delas imediatamente seria transposta para a outra, não importando a distância entre elas.
Mas o próprio Einstein definiu o entrelaçamento como uma "fantasmagórica ação a distância". Acontece que os partidários da mecânica quântica estavam corretos, e o fenômeno de partículas entrelaçadas realmente existe.
Em 1997, cientistas da Universidade de Innsbruck, na Áustria, levaram o entrelaçamento às manchetes ao anunciar que haviam usado a técnica para teletransportar um fóton (partícula de luz) instantaneamente de um ponto a outro de uma sala. O experimento envolvia apenas três partículas.
Agora, o número de elementos envolvidos na manipulação quântica sobe para a casa dos trilhões com o feito de Julsgaard. Ele disparou um laser (feixe organizado de fótons) sobre duas amostras de césio, fazendo com que elas ficassem entrelaçadas.
O entrelaçamento valeu para todas as partículas da amostra, mas durou apenas meio milissegundo (metade de um milésimo de segundo). Conforme os átomos das amostras interagiam com outros elementos, como por exemplo os recipientes que os guardavam, iam perdendo o caráter entrelaçado, até ele se desfazer totalmente.
Além de ser o primeiro experimento a envolver um conjunto grande de partículas entrelaçadas, ele tem outro diferencial: a criação do entrelaçamento foi obtida sem que as amostras precisassem interagir uma com a outra, sendo o fenômeno induzido apenas pelo disparo do laser.
"Essa característica significa que o entrelaçamento pode ser obtido a distâncias consideráveis, o que é obviamente importante para a comunicação quântica", disse à Folha Eugene Polzik, um dos colegas de Julsgaard envolvidos no experimento.
Comunicação quântica é a idéia de usar o entrelaçamento para transmitir informações. Suponha que Alice e Bob queiram trocar mensagens usando a "fantasmagórica ação a distância" (Alice e Bob são os nomes preferidos dos físicos para dar exemplos). Cada um deles ganha uma partícula entrelaçada. Se Alice altera o estado da sua partícula, a outra é automaticamente modificada, e Bob imediatamente fica sabendo. Se mensagens forem codificadas em estados quânticos de partículas, é possível trocar informações.
Xerox atômico
Da mesma maneira funcionariam outras, e mais audaciosas, idéias, como o teletransporte _algo semelhante a um xerox atômico a distância.
Para transportar uma pessoa, por exemplo, seria preciso colocar no local de destino um conjunto de átomos representativo da composição do indivíduo e entrelaçá-lo com as partículas da própria pessoa.
"Teríamos a mesma quantidade dos mesmos tipos de átomo em cada um dos locais e transferiríamos o estado quântico dos átomos do local um para o local dois. Como átomos no mesmo estado quântico são indistinguíveis, é como se os tivéssemos transportado do ponto um ao dois", diz Polzik.
Embora o entrelaçamento de trilhões de átomos já seja bastante significativo, ainda está longe o momento em que alguém sairá por aí dizendo "Beam me up, Scotty", como o capitão Kirk fazia no seriado "Jornada nas Estrelas" para ser levado de volta à nave.
"O teleporte de qualquer objeto quântico complexo, mesmo de uma bactéria, iria exigir transferir o estado descrito por zilhões de parâmetros, como posição e momento de todos os elétrons etc. Isso é uma enorme quantidade de informação e será muito difícil de fazer. Por ora estamos pensando em teleportar apenas um parâmetro de uma amostra atômica, e isso já é suficientemente difícil."
A equipe agora trabalha para melhorar ainda mais o grau de entrelaçamento de suas amostras e tentar o teletransporte atômico.