Breve descrição dos fundamentos da realidade - campos quânticos

A partir do ponto de vista humano surgido através da evolução biológica, o mundo é composto por pequenas partículas que se combinam em estruturas mais complexas (de átomos, através de moléculas de compostos químicos até estruturas visíveis a olho nu e até mesmo megaestruturas como planetas e estrelas). No entanto, ao analisar esse microcosmo, esse ponto de vista começa a se quebrar gradualmente e temos cada vez mais dificuldade em determinar se a matéria é formada por partículas ou ondas. A maioria das coisas com as quais os seres humanos têm contato pode ser reduzida a: prótons, elétrons, nêutrons, fótons (sendo que prótons e nêutrons têm uma estrutura complexa, sobre a qual falaremos mais tarde). Portanto, aquilo com que nós nos deparamos é possível reduzir a apenas quatro elementos. Nossos ancestrais (do século XIX) não sabiam disso. Para eles, o mundo era composto por dezenas de tipos de átomos (dependendo de quão longe voltarmos na história, essa imagem, é claro, mudou continuamente). Nossos ancestrais não entendiam quase nada do que tocavam. Nós estamos em uma situação diferente. Das coisas "materiais", realmente só não entendemos a matéria escura e a energia escura, que basicamente não desempenham nenhum papel direto em nossa vida - seu papel só é percebido em escalas de galáxias e do universo. Protons e nêutrons acabaram por ter uma estrutura interna na forma de quarks up e down colocados como se estivessem em uma "sopa" de gluões. Esta é ainda uma imagem simplificada (simulações recentes usando IA e todos os resultados de experimentos realizados pela humanidade sugerem que o próton também é composto por um quark charm), mas estamos sempre avançando. Hora de abandonar a abordagem de partículas e passar para ondas - ou, na realidade, para campos quânticos. A onda é uma visão intermediária entre partículas e campos quânticos. As partículas cuja estrutura interna não conseguimos investigar através de inúmeros experimentos, consideramos partículas fundamentais. Essas são: - Bósons, ou seja, partículas de interação (como fóton, gluãos e outros bósons), - Quarks, ou seja, partículas que compõem a massa da matéria (que formam o próton e o nêutron), - Leptons, ou seja, partículas que complementam a matéria com uma pequena parte de massa (como o elétron e neutrinos). Todas essas partículas têm suas antipartículas. A existência de antipartículas se encaixa perfeitamente na teoria quântica de campo (QFT). Se podemos observar um determinado estímulo do campo como uma partícula, o estímulo oposto será uma antipartícula. As partículas na QFT são apenas o resultado da interação do campo quântico estudado com o campo quântico que usamos como instrumento de medição. Se direcionarmos um campo quântico (na forma de uma partícula, como elétron ou fóton) em direção a outro campo quântico (o campo estudado), o efeito da interação nos dará um resultado na forma de uma propriedade do campo quântico estudado. No entanto, também pode acontecer de não obtermos nenhum resultado. Quando repetimos essa medição muitas vezes, podemos determinar as propriedades estatísticas do campo estudado, como a probabilidade de interação, que chamaremos de probabilidade de existência da partícula em um determinado local. No entanto, Isso sempre envolve a interação entre dois ou mais campos. Nesse sentido, as partículas não existem. Apenas os campos quânticos existem. A realidade, à luz da QFT, não tem um caráter material. A característica material cotidiana que percebemos apenas surge quando um número tão grande de interações entra em jogo que o caráter de campo da realidade deixa de desempenhar um papel direto. Não sabemos exatamente a natureza dos campos quânticos. O próprio nome do campo vem de um campo comum de agricultura. Só sabemos que podemos medir, de forma imperfeita, a distribuição de valores de alguns campos no espaço e que isso se verifica experimentalmente. Alguns resultados de medições estão de acordo com a teoria até 15 casas decimais. Ou melhor, com as simplificações da teoria, pois na grande maioria dos casos, os cálculos são muito difíceis para nós e só podemos aproximá-los com precisão usando o cálculo perturbativo. Não somos capazes de obter soluções analíticas precisas. Em geral, assumimos a existência dos seguintes campos quânticos: - 6 campos quark - 6 campos lepton - 8 campos gluons (interação forte) - Campo Higgs - Campo EM - para fótons - Campo bozões W (interação fraca) - Campo bozão Z (interação fraca). Um total de 24 campos quânticos - formando toda a realidade mensurável no microcosmo. Mas essa divisão também pode ser diferente. Se a gravidade quântica existe, então seria necessário escrever 25. Se supomos que existe apenas um campo gluon, de 24, passamos a ter 17. Se unificarmos adicionalmente os campos bozões W e Z (interação fraca) com a interação EM, temos 15. Se assumimos que as gerações subsequentes de quarks e léptons também podem ser unificadas, pois eles são diferenciados apenas pela interação com o campo de Higgs, então teremos 7. Com uma unificação completa na qual a humanidade pode contar, poderíamos reduzir o número de campos quânticos para 7. Mas ninguém ainda sabe se é assim. Seria um feito interessante: reduzir tudo com o que lidamos a 7 campos quânticos. (Assumindo que a matéria escura e a energia escura são mais um resultado de lacunas em nossa teoria da gravidade do que lacunas no Modelo Padrão. Existem evidências tanto de lacunas na teoria da gravidade de Einstein quanto de uma nova interação desconhecida, que escapa a nossa percepção e que complementaria o Modelo Padrão. Então, ainda há algumas coisas à nossa frente.Mas eu não recomendaria se animar muito. Nossos ancestrais não entendiam 99,99% do básico do que os cercava. Nós entendemos 99,99% do que nos cerca. Nossos ancestrais não conheciam a interação forte - que é a mais forte em pequenas escalas. Nós conhecemos. Se algo está nos escondendo, não pode ser algo forte. E se algo que não conhecemos é fraco, isso tem um impacto mínimo em nosso cotidiano. Pode-se manifestar-se em escalas galácticas (assim como a gravidade) com uma força enorme.)