A escola nos ensina que há três dimensões espaciais – altura, largura e comprimento – e que o passar do tempo nada tem a ver com essas três grandezas. Mas isso é só parte da verdade. O espaço está irremediavelmente associado ao tempo, em um mundo quadridimensional. E teorias indicam que pode haver muito mais dimensões. 

Aprendemos na escola que as dimensões espaciais são três: altura, comprimento e largura. Porém, há mais dimensões do que podemos ver. E elas pintam para nós um cenário fascinante.

Até o início do século passado, as três dimensões espaciais eram consideradas independentes do movimento e não relacionadas com o passar do tempo. Em 1905, o físico de origem alemã Albert Einstein (1879-1955), em sua teoria da relatividade restrita, propôs basicamente o seguinte: i) as leis da física são as mesmas para todos os observadores inerciais (parados ou em movimento uniforme); ii a velocidade da luz é absoluta para todos esses observadores – ou seja, é uma constante do universo.

Anos mais tarde, percebeu-se que esses postulados tinham a seguinte consequência: o espaço e o tempo formam um uno indissociável, o chamado espaço-tempo. Em resumo: vivemos em um espaço quadrimensional. Mas há algo mais fascinante ainda: as três dimensões espaciais e o tempo, em certas situações, podem se ‘deformar’.

Mas esses efeitos só são observados caso nos desloquemos a velocidades próximas à da luz (300 mil km/s). Nesses cenários, a dimensão espacial na direção do deslocamento se contrai, e a dimensão temporal se dilata – ou seja, o tempo passa mais devagar.

Exemplo hipotético: se uma espaçonave viajasse até uma estrela a sete anos-luz de distância da Terra (um ano-luz vale cerca de 9,5 trilhões km), com velocidade de 99% a da luz, do ponto de vista de quem está na Terra, essa viagem seria de anos. Mas, para quem estiver na espaçonave, será de apenas um ano. Portanto, por causa da contração espacial, o viajante espacial terá percorrido só um ano-luz de distância.

Embora ainda não tenhamos espaçonaves que façam tal proeza, experimentos com partículas subatômicas em aceleradores de partículas confirmam essas previsões.

Em 1915, em sua teoria da relatividade geral – que trata dos fenômenos gravitacionais –, Einstein mostrou que o espaço-tempo se curva na presença de massa ou energia. A curvatura do espaço-tempo é o que causa o movimento dos corpos sob a ação da gravidade, de uma simples pedra atirada ao ar ao deslocamento de estrelas ou galáxias.

Estrelas massivas (10 massas solares ou mais) podem colapsar sob o efeito da própria gravidade, dando origem a um buraco negro, cujo campo gravitacional intenso atrai tudo ao seu redor e impede até mesmo a luz de escapar dele.

No interior desse devorador cósmico, há uma singularidade, na qual as dimensões espaço-temporais têm curvaturas infinitas – como deve ter ocorrido no evento que deu origem ao nosso universo, o Big Bang.

Para explicar situações tão extremas, foram criadas teorias que, por causa de dimensões tão diminutas, levam em conta os efeitos quânticos da gravidade. Uma delas é a teoria M, na qual partículas são substituídas por ‘minúsculas cordas’, com dimensões da ordem de 10^-33 cm, e que lida com 11 dimensões: três espaciais, uma dimensão temporal e mais sete dimensões curvadas sobre si mesmas – estas últimas inobserváveis para a tecnologia atual.

No outro extremo da dimensionalidade, está o grafeno, ‘fita’ bidimensional com apenas uma camada de átomos de carbono. O mais impressionante é que essa simplicidade dimensional tem dado origem a vasta gama de propriedades magnéticas e supercondutoras inéditas.

O ‘tecido’ espaço-temporal atua das escalas inimaginavelmente pequenas até as gigantescas estruturas cósmicas. Em ambas, seus efeitos são fascinantes. E a pesquisa atual revela que a história desse binômio indissociável, de quatro dimensões, está longe de ser finalizada.