Simetria

Se aquecermos um pedaço de gelo até aos 0ºC e continuarmos a aquecer, o gelo começa a tornar-se água líquida. Quando chegamos aos 100ºC dá-se outra mudança: a água líquida transforma-se em vapor de um gás quente. Os três estados partilham da mesma composição molecular.

A simetria desempenha um papel central nas transições de fase. À escala molecular o gelo tem uma estrutura cristalina com moléculas de H₂O dispostas numa rede hexagonal ordenada. Ao aquecermos, o arranjo cristalino derrete e forma um agrupamento de moléculas desordenado e uniforme – água líquida – e vemo-la igual para qualquer ângulo de rotação. Aumentámos a simetria.

A transição de fase líquida para vapor também resulta de um aumento de simetria. Numa molécula de água, em média, as moléculas individuais estão agrupadas com o lado do hidrogénio de uma molécula próximo do lado do oxigénio da sua vizinha. Se rodássemos uma dada molécula nesse grupo, isso perturbaria o padrão molecular. Quando a água ferve e se torna vapor as moléculas flutuam livremente; já não existe um padrão para as orientações das moléculas, o gás fica sempre a parecer o mesmo. Há um aumento de simetria ao passar da fase sólida para líquida e da fase líquida para gasosa.

Há razões para acreditar que, quando o universo passou por certas temperaturas críticas – análogas às das transições de fase da água -, sofreu uma mudança radical e uma redução drástica de simetria.

A “substância” que condensou, ou congelou, quando o universo arrefeceu e atravessou temperaturas específicas é um campo, o campo de Higgs.

Os fotões são os constituintes elementares dos campos electromagnéticos. Os gravitões são as partículas que constituem o campo gravitacional. Os gluões são as partículas constituintes da força nuclear forte, as partículas W e Z (força nuclear fraca e forte formam os campo de Yang-Mills) são as constituintes da força nuclear fraca e o electrão é a partícula constituinte do campo do electrão.