A Natureza do Espaço e do Tempo

Uma dupla de pesquisadores descobriram uma potencial lacuna entre a relatividade geral e a mecânica quântica — as duas notáveis teorias físicas — que poderia forçar físicos a repensarem a natureza primordial do espaço e tempo.

A teoria da relatividade geral, de Albert Einstein, descreve a gravidade como uma propriedade geométrica do espaço e tempo. Mais massivo um objeto, maior sua distorção do espaço-tempo, e essa distorção é conhecida por gravidade.

Nos anos de 1970, os físicos Stephen Hawking e Jacob Bekenstein notaram uma conexão entre a superfície de um buraco negro e suas estruturas quântico-microscópicas, que determinam sua entropia. Isso marcou a primeira prova que uma conexão existia entre a teoria da relatividade geral de Einstein e a mecânica quântica.

Menos de três décadas depois, o físico teórico Juan Maldacena observou outra conexão entre a gravidade e o mundo quântico. Essa conexão levou a outra criação de modelo que propõe que o espaço-tempo pode ser criado ou destruído pela mudança na quantidade de emaranhamentos entre diferentes regiões da superfície de um objeto. Em outras palavras, isso implica que o próprio espaço-tempo, pelo menos como é definido em modelos, é o produto do emaranhamento entre objetos.

Para aprofundar mais nessa linha de pensamento, ChunJun Cao e Sean Carroll, do Instituto de Tecnologia da Colifórnia (CalTech), planejam ver se eles poderiam, por certo, obter as propriedades dinâmicas da gravidade (como familiar à relatividade geral) usando a estrutura que o espaço-tempo faz surgir do emaranhamento quântico. A pesquisa deles foi, recentemente, publicada no arXiv.

Usando um conceito de matemática abstrata chamada Espaço de Hilbert, Cao e Carroll foram capazes de achar similariedades entre as equações que governam o emaranhamento quântico e as equações de Einstein da relatividade geral. Isso dá apoio à ideia de que o espaço-tempo e a gravidade emergem do emaranhamento.

Caroll disse ao Futurism que o próximo passo da pesquisa é determinar a acuracidade das suposições que eles fizeram para esse estudo.

“Umas das suposições mais óbvias é checar se as simetrias da relatividade são recuperadas nessa estrutura, em particular, da ideia de que leis da física não dependem de quão rápido você está se movendo no espaço,” ele disse.

A Teoria de Tudo

Hoje, quase tudo que sabemos sobre os aspectos físicos de nosso universo pode ser explicado tanto pela relatividade geral ou pela mecânica quântica. O primeiro faz um grande trabalho em explicar atividades em grandes escalas, como planetas e galáxias, enquanto o segundo nos ajuda a entender o mundo de pequenas escalas, como átomos e partículas subatômicas.

Entretanto, as duas teorias são, aparentemente, incompatíveis uma com a outra. Isso levou físicos a buscarem uma alusiva “teoria de tudo” — uma estrutura singular que explicaria tudo, incluindo a natureza do espaço e do tempo.

Por causa da gravidade e do espaço-tempo serem uma importante parte do “tudo,” Carroll diz que ele acredita que a pesquisa que ele e Cao fizeram poderia avançar a busca de uma teoria que reconcilia a relatividade geral e a mecânica quântica. Ainda assim, ele avisa que o paper dos dois é especulativo e limitado em alcance.

“Nossa pesquisa não diz muito, até agora, sobre as outras forças da natureza, então estamos, ainda, bastante longe de encaixar o “tudo” em um só,” ele disse ao Futurism.

Por tanto, se pudéssemos achar tal teoria, ela nos ajudaria a responder algumas das grandes questões que os cientistas enfrentam hoje. Podemos ser capazes de, finalmente, entender a verdadeira natureza da matéria escura, da energia escura, de buracos negros, e outros objetos cósmicos misteriosos.

Desde já, pesquisadores estão se enfiando no mundo quântico e radicalmente melhorando nossos sistemas computacionais, e uma teoria de tudo poderia potencialmente aumentar o processo revelando novos insights nesse que ainda é um campo confuso.

Enquanto o progresso dos físicos teóricos em buscar uma teoria de tudo tem sido “indiferente,” de acordo com Carroll, cada pequena pesquisa — especulativa ou não — nos leva a um passo mais próximo de sua descoberta e de inaugurar uma nova era no entendimento do universo pela humanidade.

Fonte: Futurism

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