Como a teoria da gravidade de Einstein pode ser unificada com a mecânica quântica? É um desafio que pode nos dar insights profundos sobre fenômenos como buracos negros e o nascimento do universo. Agora, um novo artigo na Nature Communications, escrito por pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, e do MIT, nos EUA, apresenta resultados que lançam uma nova luz sobre importantes desafios na compreensão da gravidade quântica.
Um grande desafio na física teórica moderna é encontrar uma “teoria unificada” que possa descrever todas as leis da natureza dentro de uma única estrutura – conectando a teoria geral da relatividade de Einstein, que descreve o universo em grande escala, e a mecânica quântica, que descreve nosso mundo em nível atômico. Tal teoria da “gravidade quântica” incluiria uma descrição macroscópica e microscópica da natureza.
“Nós nos esforçamos para entender as leis da natureza e a linguagem em que elas são escritas é a matemática. Quando buscamos respostas para perguntas na física, muitas vezes somos levados a novas descobertas também na matemática. gravidade – onde é extremamente difícil realizar experimentos”, explica Daniel Persson, professor do Departamento de Ciências Matemáticas da Chalmers University of Technology.
Um exemplo de fenômeno que requer esse tipo de descrição unificada são os buracos negros. Um buraco negro se forma quando uma estrela suficientemente pesada se expande e colapsa sob sua própria força gravitacional, de modo que toda a sua massa fica concentrada em um volume extremamente pequeno. A descrição da mecânica quântica dos buracos negros ainda está em sua infância, mas envolve matemática avançada espetacular.
Um modelo simplificado para gravidade quântica
“O desafio é descrever como a gravidade surge como um fenômeno ‘emergente’. Assim como fenômenos cotidianos – como o fluxo de um líquido – emergem dos movimentos caóticos de gotículas individuais, queremos descrever como a gravidade emerge do sistema o nível microscópico”, diz Robert Berman, professor do Departamento de Ciências Matemáticas da Chalmers University of Technology.
Em um artigo recentemente publicado na revista Nature Communications, Daniel Persson e Robert Berman, juntamente com Tristan Collins do MIT nos EUA, mostraram como a gravidade emerge de um sistema mecânico quântico especial em um modelo simplificado de gravidade quântica chamado princípio holográfico.
“Usando técnicas da matemática que pesquisei antes, conseguimos formular uma explicação de como a gravidade surge pelo princípio holográfico, de uma forma mais precisa do que foi feito anteriormente”, explica Robert Berman.
Ondas de energia escura
O novo artigo também pode oferecer uma nova visão sobre a misteriosa energia escura. Na teoria geral da relatividade de Einstein, a gravidade é descrita como um fenômeno geométrico. Assim como uma cama recém-feita se curva sob o peso de uma pessoa, objetos pesados podem dobrar a forma geométrica do universo. Mas, de acordo com a teoria de Einstein, mesmo o espaço vazio – o “estado de vácuo” do universo – tem uma rica estrutura geométrica. Se você pudesse ampliar e olhar para esse vácuo em um nível microscópico, veria flutuações ou ondulações da mecânica quântica, conhecidas como energia escura. É essa forma misteriosa de energia que, de uma perspectiva mais ampla, é responsável pela expansão acelerada do universo.
Esse novo trabalho pode levar a novos insights sobre como e por que essas ondulações microscópicas da mecânica quântica surgem, bem como a relação entre a teoria da gravidade de Einstein e a mecânica quântica, algo que iludiu os cientistas por décadas.
“Esses resultados abrem a possibilidade de testar outros aspectos do princípio holográfico, como a descrição microscópica de buracos negros. Também esperamos poder usar essas novas conexões no futuro para abrir novos caminhos na matemática”, diz Daniel Persson.
“Geometria emergente de Sasaki-Einstein e AdS/CFT” é publicado na Nature Communications.
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