Uma propriedade quântica apelidada de “mágica” pode ser a chave para explicar como o espaço e o tempo surgiram, sugere uma nova análise matemática feita por três físicos da RIKEN. A pesquisa foi publicada na revista Physical Review D.
É difícil conceber algo mais básico do que o tecido do espaço-tempo que sustenta o universo, mas os físicos teóricos têm questionado essa suposição. “Os físicos há muito ficam fascinados com a possibilidade de que o espaço e o tempo não sejam fundamentais, mas sim derivados de algo mais profundo”, diz Kanato Goto, do RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS).
Essa noção recebeu um impulso na década de 1990, quando o físico teórico Juan Maldacena relacionou a teoria gravitacional que rege o espaço-tempo com uma teoria envolvendo partículas quânticas. Em particular, ele imaginou um espaço hipotético – que pode ser retratado como sendo encerrado em algo como uma lata de sopa infinita, ou “volume” – contendo objetos como buracos negros que são influenciados pela gravidade. Maldacena também imaginou partículas se movendo na superfície da lata, controladas pela mecânica quântica. Ele percebeu que matematicamente uma teoria quântica usada para descrever as partículas no limite é equivalente a uma teoria gravitacional que descreve os buracos negros e o espaço-tempo dentro da massa.
“Essa relação indica que o próprio espaço-tempo não existe fundamentalmente, mas emerge de alguma natureza quântica”, diz Goto. “Os físicos estão tentando entender a propriedade quântica que é a chave”.
O pensamento original era que o emaranhamento quântico – que liga as partículas, não importa o quão longe elas estejam separadas – era o fator mais importante: quanto mais emaranhadas as partículas no limite, mais suave é o espaço-tempo dentro do volume.
“Mas apenas considerar o grau de emaranhamento na fronteira não pode explicar todas as propriedades dos buracos negros, por exemplo, como seus interiores podem crescer”, diz Goto.
Assim, os colegas de Goto e iTHEMS, Tomoki Nosaka e Masahiro Nozaki, procuraram outra quantidade quântica que pudesse ser aplicada ao sistema de limites e também mapeada para o volume para descrever os buracos negros de forma mais completa. Em particular, eles notaram que os buracos negros têm uma característica caótica que precisa ser descrita.
“Quando você joga algo em um buraco negro, as informações sobre ele ficam embaralhadas e não podem ser recuperadas”, diz Goto. “Essa confusão é uma manifestação do caos.”
A equipe encontrou “mágica”, que é uma medida matemática de quão difícil é simular um estado quântico usando um computador clássico comum (não quântico). Seus cálculos mostraram que em um sistema caótico quase qualquer estado evoluirá para um que seja “máximo mágico” – o mais difícil de simular.
Isso fornece a primeira ligação direta entre a propriedade quântica da magia e a natureza caótica dos buracos negros. “Esta descoberta sugere que a magia está fortemente envolvida no surgimento do espaço-tempo”, diz Goto.
Publicado em 15/04/2023 19h45
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