Por que o espaço é considerado tridimensional?

de Merelyn Cerqueira 0

A questão do por que o espaço é considerado tridimensional (3D) – e não com um outro número de dimensões – há muito tem intrigado cientistas e filósofos.

Basicamente, o espaço-tempo em sua totalidade possui quatro dimensões, sendo o tempo a quarta dimensão. Já é sabido que a dimensão de tempo está relacionada à segunda lei da termodinâmica, que diz que o tempo tem uma direção (para frente) porque a entropia (medida de desordem) nunca diminui em um sistema fechado como o Universo, segundo informações da Phys.org.

No entanto, em um estudo publicado no início do ano pela Europhysics Letters (EPL), cientistas sugeriram que a Segunda Lei da Termodinâmica também poderia explicar a tridimensionalidade do espaço. Segundo eles, uma série de pesquisadores na área da Ciência e Filosofia já haviam abordado o problema da natureza dimensional do espaço-tempo, e justificavam a escolha de tal dimensionalidade a fim de manter a estabilidade e a complexidade da vida.

A maior importância do nosso trabalho é que nós apresentamos uma dedução com base em um modelo físico da dimensionalidade do Universo em um cenário adequado e razoável do espaço-tempo. Esta é a primeira vez que o número ‘três’ das dimensões do espaço surge como a otimização de uma quantidade física”, disse o coautor do estudo Julian Gonzalez-Ayala, do Instituto Politécnico Nacional do México e Universidade de Salamanca, na Espanha, em entrevista à Phys.org.

Logo, os pesquisadores propuseram que o espaço é 3D em razão de uma grandeza termodinâmica conhecida como energia livre de Helmholtz (A). Assim, em um universo repleto de radiação, essa densidade pode ter sido pensada como uma espécie de pressão em todo o espaço, que por sua vez depende da temperatura do universo e seu número de dimensões espaciais.

Os cientistas mostraram que, como o Universo começou a partir do resfriamento seguido à explosão do Big Bang, a densidade Helmholtz atingiu seu primeiro valor máximo quando ainda estava em uma temperatura muito elevada, correspondente ao momento em que o universo tinha apenas uma fração de segundo de vida, e quando o número de dimensões espaciais era de aproximadamente três.

O ponto aqui é que o espaço 3D foi “congelado” neste pequeno momento, o que proibiu a transição do espaço em outras dimensões. Conforme explicado, a Segunda Lei da Termodinâmica permite a transição para dimensões maiores apenas quando a temperatura está acima de um valor crítico. Uma vez que o Universo esteve em continuo resfriamento, essa temperatura não pode mais ser atingida. Desta forma, segundo os pesquisadores, as dimensões espaciais são completamente análogas às fases da matéria, em que a transição para uma dimensão diferente se assemelha a uma transição de fase. O mesmo pode ser visto pela fusão do gelo, que só é possível a temperaturas suficientemente elevadas.

No processo de resfriamento inicial do Universo, e após o fim da primeira temperatura crítica, o princípio de aumento de entropia de sistemas fechados poderia ter proibido certas mudanças de dimensionalidade”, explicaram.

A hipótese ainda deixa espaço para que outras dimensões mais elevadas possam ter ocorrido durante a primeira fração de segundos após a explosão do Big Bang, dimensões extras que estão presentes em muitos modelos cosmológicos, em especial na Teoria das Cordas. O novo estudo, no entanto, pode ajudar a explicar por que em alguns destes modelos as dimensões extras parecem ter entrado em colapso, ou permanecido estáveis e pequenas, enquanto o espaço 3D continuou a se expandir por todo o Universo observável.

Os pesquisadores ainda planejam melhorar o modelo atual incrementando efeitos quânticos adicionais que poderiam ter ocorrido durante o primeiro momento após o Big Bang, a chamada “Era de Planck”. Ainda, um modelo mais completo poderia fornecer melhores orientações para cientistas que investigam outros modelos cosmológicos, como a gravidade quântica.

[ Phys ] [ Foto: Divulgação ]

Jornal Ciência