Nas últimas décadas de sua vida, Albert Einstein esperava unir sua descrição da gravidade com os modelos existentes de eletromagnetismo sob uma única teoria mestre.
É uma busca que continua a irritar os físicos teóricos até hoje. Dois de nossos melhores modelos de realidade – a teoria geral da relatividade de Einstein e as leis da mecânica quântica – são tão imiscíveis quanto óleo e água.
Qualquer que seja a aparência de uma combinação dos dois, quase certamente revelará as fundações do Universo bem diferentes de tudo o que podemos visualizar.
Uma descoberta matemática recém-publicada descreve o surgimento da gravidade dentro de um chamado modelo ‘holográfico’ do Universo; foi encontrado por uma equipe de pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, e do MIT, nos EUA.
Por mais estranho que possa parecer, é o melhor lugar para começarmos nossa busca por uma compreensão completa de como espaço, tempo e matéria emergem de leis mais profundas.
“Quando buscamos respostas para perguntas em física, muitas vezes somos levados a novas descobertas em matemática também”, diz o matemático da Universidade Chalmers, Daniel Persson.
“Esta interação é particularmente proeminente na busca pela gravidade quântica – onde é extremamente difícil realizar experimentos”.
Apesar de sua capacidade discreta de prever o comportamento de tudo, de saltos de elétrons a buracos negros com incrível precisão, a física quântica e a relatividade geral surgem de dois sistemas de pensamento muito diferentes.
O universo quântico é em blocos, mas nebuloso quando visto de perto, como pixels que se desfocam em uma confusão de cores quando você pressiona seu rosto contra a tela.
A relatividade geral depende de um contínuo contínuo de espaço e tempo que se curva em resposta à massa com clara convicção, mesmo quando visto nas menores escalas.
Existem outras metáforas que podemos usar para descrever como o Universo pode operar, cada uma com suas próprias estruturas matemáticas, cada uma um pouco mais obscura que a anterior.
Alguns envolvem a adição de dimensões invisíveis embrulhadas em geometrias alucinantes. O princípio holográfico usado pelos pesquisadores aqui é um exemplo estranho que envolve a retirada de dimensões.
Você pode pensar assim: todas as informações que contam como as partículas empurram e se juntam são codificadas em algo mais parecido com uma superfície plana do que o espaço 3D em que pensamos que vivemos, não muito diferente de como uma sensação de profundidade aparece quando você olha um adesivo plano e holográfico.
Há uma boa razão para pensar a física dessa maneira. Versões quânticas de gravidade incorporadas no espaço-tempo 4D rapidamente se tornam extremamente complicadas e impraticáveis.
Se nosso espaço-tempo se curvasse o suficiente para trás sobre si mesmo para criar uma espécie de cilindro, teria necessariamente um limite ‘plano’. Acontece também que essas teorias desajeitadas da gravidade quântica teriam teorias correspondentes sobre esse limite, teorias muito mais simples de trabalhar.
Este novo artigo mistura efetivamente diferentes modelos de partículas governantes e suas ondas e como elas se transformam em campos dentro de um cenário holográfico, para pousar no equivalente matemático da gravidade funcionando como uma consequência natural dessas interações.
“O desafio é descrever como a gravidade surge como um fenômeno ‘emergente’. Assim como fenômenos cotidianos – como o fluxo de um líquido – surgem dos movimentos caóticos de gotículas individuais, queremos descrever como a gravidade emerge de um sistema mecânico quântico no nível microscópico”, diz o matemático Robert Berman, também da Chalmers University.
Como bônus, este novo trabalho também pode apontar o caminho para explicações sobre outros fenômenos de grande escala, como o combustível em expansão do Universo que atualmente chamamos de energia escura.
Por mais elegante que a matemática possa ser, os teóricos têm o luxo de preencher seu trabalho com ressalvas e suposições para encontrar novos padrões intrigantes. Por exemplo, se o nosso Universo se curva de volta sobre si mesmo é suficiente para ter o tipo de limite necessário para o princípio holográfico é uma questão aberta em si, da qual poucos cosmólogos estão convencidos.
Ainda assim, quando você está tentando resolver um problema que nem mesmo Einstein conseguiu resolver, começar com o inimaginável não é uma maneira ruim de começar.
Publicado em 12/03/2022 21h51
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