Por séculos, o princípio da simetria guiou físicos em direção a verdades mais fundamentais, mas agora uma série de descobertas surpreendentes sugere que uma ideia muito mais estranha da teoria quântica pode ser uma força motriz ainda mais profunda.
Em Berlim, no Altes Museum, está um menino com os braços erguidos ao céu. Exceto pelo calcanhar direito, que está ligeiramente arqueado, esta estátua grega antiga é quase perfeitamente simétrica. O escultor impôs esse equilíbrio por motivos puramente artísticos? Hermann Weyl acreditava que não. “Somos atraídos pela simetria”, disse o matemático alemão, “porque ela governa a própria ordem do universo.”
No início do século 20, Weyl ajudou a revelar a simetria — e, por extensão, a beleza — como a base da física moderna. Aqui, a simetria significa muito mais do que equilíbrio visual. Significa que a natureza se comporta da mesma forma em diferentes lugares, tempos e sob inúmeras outras mudanças. A simetria explica por que a energia não pode ser criada nem destruída, e até por que muitas coisas existem. Não é à toa que Weyl acreditava em seu status metafísico. “A simetria é uma ideia pela qual o homem, ao longo dos tempos, tentou compreender e criar ordem, beleza e perfeição”, afirmou.
Uma nova visão da realidade quântica
Hoje, a maioria dos físicos busca simetrias cada vez maiores em teorias como supersimetria e teoria das cordas. Mas será que ela é tão sagrada quanto parece? Uma série de resultados recentes sugere que o universo é governado por uma lei mais profunda: a preferência por níveis extremos do estranho fenômeno quântico conhecido como emaranhamento. Se confirmada, essa descoberta representaria uma mudança profunda na nossa compreensão da realidade, de uma base na perfeição geométrica para uma moldada por uma interconectividade fantasmagórica das coisas. “Isso nos dá uma nova abordagem”, diz Ian Low, teórico da Northwestern University e do Laboratório Nacional Argonne, em Illinois. “Antes disso, não tínhamos ideia de onde a simetria vem.”
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O surgimento da simetria na física
Historicamente, a simetria começou a emergir na física com Galileu Galilei, no início do século 17. Sua visão revolucionária foi que o movimento é relativo. Não existe um ponto de referência absoluto — você percebe algo se movendo apenas quando outra coisa se move de forma diferente. Três séculos depois, Albert Einstein entendeu que o mesmo vale para a gravidade: você percebe sua força apenas quando algo tenta resistir a ela, como o chão sob seus pés. Se você se encontrasse em queda livre — preso num elevador em queda, por exemplo — seu senso de gravidade desapareceria.
A estátua do Menino em Oração, no Altes Museum em Berlim, simboliza nossa preferência pela simetria.
A contribuição de Emmy Noether
Ambos os exemplos ilustram a simetria no sentido de que a natureza age da mesma forma em diferentes cenários. Para Galileu, uma bala de canhão rola do mesmo jeito no porto ou no convés de uma galera veneziana a passar. Para Einstein, uma pessoa presa num elevador em queda pode pensar momentaneamente estar flutuando no espaço, já que a sensação de ausência de peso é equivalente. Mas foi a matemática alemã Emmy Noether quem realmente cristalizou as implicações da simetria.
Em 1918, Noether demonstrou que sempre que as leis da natureza são simétricas sob alguma transformação fundamental, deve existir uma quantidade que é conservada. No caso das simetrias de Galileu e Einstein, essa quantidade não é imediatamente aparente, mas há exemplos familiares. Se um experimento dá o mesmo resultado do outro lado da sala, a simetria dessa mudança no espaço implica diretamente na conservação do momento. Da mesma forma, se um experimento produz o mesmo resultado ao mudarmos o tempo de sua realização, isso implica na conservação da energia.