O renomado cientista japonês, especialista em teoria das cordas, busca explorar a origem e a estrutura fundamental do espaço-tempo; “Observo a natureza para entender as leis fundamentais”, diz ele.
Uma equação fundamental para uma lei fundamental”, diz Tadashi Takayanagi enquanto o sol de Buenos Aires, numa manhã de final de julho, atinge a Ciudad Universidad e entra por uma janela da biblioteca do Departamento de Física. O sol ilumina suavemente o rosto sério deste visitante japonês, assim como seus óculos simples e seu cabelo escuro e liso. “Acho que deve haver algum tipo de design como este, bonito e simples, para uma equação que descreva a lei fundamental do universo”, continua ele. “É isso que estou procurando.”
Sua área de pesquisa é a teoria das cordas, uma proposta da física que está nas fronteiras do conhecimento; de seu escritório na Universidade de Kyoto, Takayanagi — um dos cientistas mais renomados do Extremo Oriente — tenta entender a origem do universo.
Em 2006, Takayanagi causou impacto no cenário internacional ao descobrir, juntamente com seu colega Shinsei Ryu, uma ligação entre a teoria da informação quântica e a teoria da gravidade — ou seja, entre o tremendamente microscópico e o exageradamente macroscópico. Desde então, a fórmula de Ryu-Takayanagi tem sido usada para explicar alguns aspectos estranhos dos buracos negros, o que, por sua vez, nos permite compreender melhor a essência do universo. Segundo o argentino Gastón Giribet, professor de física na Universidade de Nova York, “o trabalho de Takayanagi abriu caminho para uma das maiores linhas de pesquisa em física teórica dos últimos quinze anos”.
Em 2024, Takayanagi recebeu a Medalha Dirac, uma espécie de Prêmio Nobel de física teórica e teorias do futuro. Ele também foi agraciado com a Medalha Shinsei Ryu e dois argentinos: Marina Huerta e Horacio Casini (duas figuras de renome mundial que lecionam no Instituto Balseiro).
Um dos físicos mais importantes do Extremo Oriente, ele é, no entanto, um homem simples, filho único (hoje com 49 anos) de um casal formado por um engenheiro aposentado que trabalhou a vida toda projetando caminhões e uma esposa que se dedicou aos afazeres domésticos.
Sua família materna é originária de Hiroshima. Aliás, o avô de Takayanagi era um refugiado, longe da cidade, quando a bomba atômica caiu, há 80 anos. Após a guerra, aquele homem tornou-se um assalariado , um típico funcionário de escritório, uma parte anônima da massa urbana, um ponto fraco nas estatísticas da próspera economia japonesa do pós-guerra. Talvez um assalariado não entenda como a força liberada pela fissão de um átomo destrói o lugar onde vive, mas seu neto entendeu e partiu para ir mais longe.
Agora, na Ciudad Universitaria, Takayanagi menciona a famosa equação da relatividade geral de Einstein. “É muito bonita”, diz ele, sorrindo levemente. “Também existem equações semelhantes na teoria quântica de campos, na mecânica quântica e na mecânica estatística. As fórmulas mais cruciais são sempre escritas de forma muito simples.”
Lá fora, em uma sala de aula no Pavilhão Zero+Infinito, uma masterclass está sendo realizada para um auditório lotado. Neste dia, no final de julho, a Faculdade de Ciências Exatas e Naturais da Universidade de Buenos Aires sedia a 27ª Escola Giambiagi, um fórum dedicado à holografia, buracos negros e teoria da informação, organizado pelo Grupo de Física Teórica de Altas Energias da Universidade de Buenos Aires. Alguns dos maiores heróis da liga se reuniram aqui, incluindo Takayanagi, Casini e Giribet, e os dois que são como Federer e Nadal: Edward Witten e Juan Maldacena.
– Como você explicaria a teoria das cordas em palavras simples?
–Até agora, sabemos que existem quatro forças diferentes na natureza: a força eletromagnética, a interação forte, a interação fraca e a gravidade. Sabemos como descrever as três primeiras forças à luz da teoria quântica, que é uma teoria microscópica. Sabemos muito sobre isso… Mas não sobre a gravidade. É aqui que entra a teoria das cordas. A questão tradicional colocada na física de altas energias como o problema principal é: “O que restaria, em última análise, se tentássemos quebrar repetidamente qualquer material ao nosso redor, como mesas, livros, moedas, etc., em materiais menores?” A resposta: partículas elementares. Exemplos básicos delas são elétrons, quarks e fótons. Atualmente, temos uma teoria quase satisfatória, o Modelo Padrão, que usa a formulação teórica da teoria quântica de campos e explica com precisão o comportamento das partículas elementares; é uma teoria confirmada por muitos experimentos. A próxima pergunta importante será: “Qual é a menor unidade do nosso espaço-tempo ou universo?” Esta é uma questão muito mais complexa e profunda, mas de extrema importância para explorar a origem e a estrutura fundamental do universo.
– É esse o foco desta teoria?
– Sim. Meu objetivo de pesquisa é responder a essa pergunta. A teoria da relatividade geral de Einstein já nos diz que, para entender o nosso universo, precisamos estudar a teoria da gravidade. Portanto, precisamos desenvolver a relatividade geral para poder analisar uma física microscópica da gravidade, chamada gravidade quântica. A teoria das cordas é a candidata mais promissora para integrar a gravidade quântica ao restante do sistema, e é por isso que a estudo na maior parte das minhas pesquisas.
– E a teoria das cordas também lida com buracos negros. Mas por que deveríamos nos importar com buracos negros?
– São objetos estelares muito compactos, onde a força gravitacional é extremamente forte. Einstein descreveu como um buraco negro se forma: esse é o mundo macroscópico. Mas, como eu disse antes, o que nos interessa agora é a gravidade microscópica, que ainda não está totalmente explicada. Entendê-la é muito importante para responder a esta pergunta: como o nosso universo foi criado? A teoria das cordas tenta resolver o problema, pois considera que o objeto fundamental do universo é uma corda microscópica, muito menor que um átomo, um próton e um quark. É muito difícil realizar experimentos realistas para confirmar a existência de cordas, mas ela é matematicamente bem definida e podemos considerá-la uma teoria fundamental, uma teoria que explica tudo.
– Quando soubermos como o universo se originou, seremos capazes de saber o que havia antes do começo?
– Talvez não houvesse nada antes do começo. Por enquanto, não sabemos. Pode ser que outro universo tenha existido e que tenha encolhido até ficar muito pequeno, e talvez pudesse ter se expandido novamente depois.
– Estamos perto de realmente saber?
– Não. Ainda há um longo caminho a percorrer, principalmente porque não conhecemos a lei fundamental da física, a teoria que explica tudo. Mas há muitas ideias interessantes.
– A teoria das cordas ainda não foi comprovada. Mas qual é a evidência mais forte de que as cordas existem?
Sem assumir a teoria das cordas, não podemos explicar a gravidade quântica. Pelo contrário, uma vez que admitimos que tudo é feito de cordas, podemos entender a gravidade quântica. E pelo menos a teoria das cordas é matematicamente consistente. Há evidências muito importantes para essa teoria. Essas evidências são encontradas, como eu disse antes, em buracos negros, que são objetos muito pesados que emergiram de estrelas e cujas características, pelo menos algumas, podem ser explicadas pela teoria das cordas. Essas são as evidências. Para ser honesto, não é uma situação completamente realista, muito menos ideal, porque só podemos calcular esses casos teoricamente.
– E você acha que a teoria das cordas pode nos ajudar a entender o trade-off entre aleatoriedade e determinismo no universo?
Sim, acho que pode nos ajudar a entender isso. A teoria das cordas sempre nos fornece algum tipo de projeto básico; isto é, ela descreve o universo. Mas, honestamente, não é completa: não podemos descrever como o universo foi criado apenas por meio da teoria das cordas. Portanto, este ainda é um tópico em desenvolvimento, mas pressupõe a ideia de que existem regras simples que explicam tudo. Isso é sempre verdade na teoria das cordas e, embora use muita matemática, sua regra fundamental é sempre fácil, na minha opinião. Acho que isso nos dá uma pista muito sólida sobre como entender o destino do universo por meio de ideias simples. Em algum momento, obteríamos uma equação, mas pode haver várias soluções para essa equação e, nesse caso, pode haver alguma margem para aleatoriedade. Observe que não temos certeza absoluta de qual será o resultado, e espero que possamos minimizar a margem para aleatoriedade o máximo que quisermos. Ainda assim, sempre haverá alguma aleatoriedade no universo. Essa aleatoriedade pode ser importante, e tirar uma média aleatória também pode ser importante para prever algo.
– Então você acredita que há algo como um design nas leis do universo…
–Acho que sim. Acho que existe algum tipo de design muito bonito. Em minhas pesquisas, observo a natureza para entender leis fundamentais. Um dos meus hobbies é colecionar cristais. Comecei quando era estudante: costumava visitar minas e pedreiras antigas com meus amigos; agora ainda faço isso e vou a minas antigas, abro pedras e encontro esses cristais lá dentro. Depois, deixo-os em casa ou no meu escritório. Quando não estou ocupado, visito museus no Japão e no exterior para observar cristais. O que acho particularmente fascinante sobre os cristais é que, claro, eles são lindos, mas a razão pela qual eles têm essa aparência e esse contraste é que, quando observados microscopicamente, os átomos estão dispostos em um padrão muito regular. Nesse sentido, eles conectam o microscópico com o cristalino, o que me parece muito inspirador. Por outro lado, existem muitos cristais surpreendentes, e eles estão sempre escondidos no subsolo. Da mesma forma, existem muitas fórmulas e equações ocultas. Precisamos desenterrá-las. Devemos procurá-los sem saber onde estão e, embora possamos acabar cobertos de lama, depois de desenterrá-los eles finalmente brilharão.
– Então, você acha que eles estão trabalhando em uma teoria que pode ser a tão esperada teoria de tudo; isto é, a única teoria que explica tanto as dimensões megagigantes quanto as infraliliputianas do universo?
–Sim, exatamente.
– Você deu uma contribuição significativa para essa teoria. Como começou sua colaboração com Shinsei Ryu, com quem você mais tarde desenvolveria a famosa fórmula Ryu-Takayanagi?
Ele trabalhava com física da matéria condensada e física dos materiais. Eu trabalhava com física de altas energias, gravidade e física de partículas. Tínhamos formações diferentes. Tínhamos nos formado na mesma universidade, Tóquio, mas nos conhecemos mais tarde como pesquisadores na Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, Estados Unidos. Ele trabalhava no Departamento de Tecnologia. Eu trabalhava no Departamento de Ciências. Nossos escritórios eram muito próximos e conversávamos todos os dias, saíamos para jantar e assim por diante. Certa vez, nos perguntamos: qual é o tópico mais interessante da física teórica? E foi assim que começamos a trabalhar juntos.
Imagine um dia típico de pesquisa no seu escritório na Universidade de Kyoto. Lá fora, o planeta está em conflito : em 2024, houve 56 guerras envolvendo 92 países. Como o seu trabalho e o da comunidade científica em geral são afetados?
– Isso nos afeta quando temos uma conferência ou workshop com pessoas do mundo inteiro participando. Às vezes, há restrições de viagem. Ao mesmo tempo, temos reuniões e discussões online, e também podemos enviar e-mails. Mas estou um pouco preocupado com tudo isso: um dos meus colaboradores é iraniano e mora em Teerã.
– Por fim, algo sobre a visão de mundo tradicional japonesa. Ela difere da ocidental. Ela propõe, por exemplo, uma compreensão do tempo que não é uma progressão em linha reta, mas sim um ciclo contínuo, com padrões recorrentes e cíclicos. Como tudo isso influenciou seu pensamento?
—Sim, existem diferenças. Mas, ao mesmo tempo, a ciência japonesa se desenvolveu principalmente com a introdução de ideias ocidentais da era Meiji. Por outro lado, nós, japoneses, temos uma ideia básica de respeito à natureza: montanhas, rios e assim por diante. Isso, eu acho, ainda está muito presente. Somos muito moldados por esse modo de vida. E, ainda assim, tentamos explorar mundos diferentes em busca de novas ideias. Então, não nos concentramos em apenas uma teoria, mas também em tópicos relacionados. Talvez isso também seja útil para a ciência. Quanto a mim, quando fico preso em uma pesquisa ou tenho muito em que pensar, dou uma volta pelo meu bairro. Há muitos santuários xintoístas em Kyoto e também muitos templos budistas. Gosto de explorar esses lugares para refrescar minha mente.
EM BUSCA DA TEORIA DE TUDO
PERFIL: Tadashi Takayanagi
Tadashi Takayanagi nasceu em Tóquio em 1975. Ele estudou física na Universidade de Tóquio, onde obteve seu bacharelado em 1998, seu mestrado em 2000 e seu doutorado em 2002. Ele foi pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Harvard.
Atualmente, ele leciona na Universidade de Kyoto. Físico teórico, ele é especialista em teoria das cordas, que propõe que as partículas elementares do universo são cordas e visa explicar as leis do universo.
Em 2006, ele se tornou conhecido pela fórmula Ryu-Takayanagi, que se aplica a buracos negros. Buracos negros podem fornecer pistas sobre a origem do universo.
Em 2016, ele recebeu o Prêmio Memorial Nishina por sua descoberta e desenvolvimento da fórmula para a entropia do emaranhamento holográfico.
Em 2024, ele recebeu novamente a Medalha Dirac do ICTP junto com Ryu e os cientistas argentinos Horacio Casini e Marina Huerta por seus insights sobre entropia quântica na gravidade quântica e teorias quânticas de campo.
JAVIER SINAY ” LA NACION” ( ARGENTINA)