Equação une pela 1ª vez física quântica e relatividade geral de Einstein

Cientistas da Universidade Khon Kaen, na Tailândia, e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing, na China, anunciaram recentemente a descoberta do que poderia ser considerado o “Santo Graal” da física moderna: uma equação que promete conectar o reino cósmico com o mundo quântico.

Publicado na revista Astroplarticle Physics, o arcabouço matemático é o primeiro a provar que a teoria da relatividade geral de Einstein, que descreve o universo em grande escala, está alinhada com a mecânica quântica, que descreve o comportamento da matéria em escalas subatômicas.

Geralmente referido como “Teoria de Tudo”, o novo formalismo conecta, na prática, as ciências que governam o mundo macroscópico com as do mundo microscópico. Isso significa explicar fenômenos físicos díspares, da hipotética matéria escura que ocupa 26,8% do Universo à lógica dos fótons emitidos por um celular.

Incompatibilidades entre a relatividade geral e a física quântica

A física quântica argumenta que a informação que cai em um buraco negro não pode ser destruída.Fonte: Imagens Getty

Um exemplo de um desafio significativo na ligação das duas teorias é a forma como Einstein descreve a gravidade na sua teoria da relatividade geral. Em vez de concebê-la como uma força de atração entre corpos, o físico alemão explica a gravidade como consequência da forma como objetos massivos, como planetas e estrelas, deformam o espaço-tempo.

Essa curvatura faz com que outros objetos sigam trajetórias curvas, ou seja, o que percebemos como efeito da gravidade é, na verdade, o movimento desses objetos através do espaço-tempo deformado pelas enormes massas ao seu redor. Assim, quanto maior for a massa do objeto, maior será a curvatura do espaço-tempo ao seu redor.

A divergência entre teorias acontece quando tentamos conciliar esta visão geométrica e contínua do espaço-tempo com a natureza fragmentada e probabilística da física quântica. Um exemplo disso são os buracos negros. Ao contrário da teoria de Einstein, a mecânica quântica sugere que a informação que cai nesta região do espaço não pode ser destruída, criando um conflito com a relatividade geral conhecido como paradoxo da informação.

Como conciliar a física quântica e a relatividade geral de Einstein?

As constantes de Planck são valores fundamentais em física.Fonte: Imagens Getty

A necessidade de conciliar as duas teorias mais importantes da física, para proporcionar uma compreensão completa do Universo em todas as escalas, levou os investigadores a criar uma estrutura matemática sem precedentes. Ele “redefiniu a massa e a carga dos léptons [partículas fundamentais] em termos das interações entre a energia do campo e a curvatura do espaço-tempo.”

Nesta abordagem, a massa e a carga dos léptons não são mais vistas como características fixas e isoladas, mas são reinterpretadas como consequência das interações entre a energia dos campos quânticos e a curvatura do espaço-tempo. Em outras palavras, essas propriedades são agora vistas como dinâmicas, mas influenciadas pela gravidade e pela curvatura do espaço-tempo em escalas quânticas.

“A equação obtida é covariante no espaço-tempo e invariante em relação a qualquer escala de Planck”, diz o estudo. A implicação disso é que a equação pode ser aplicada universalmente, pois combina conceitos da relatividade (covariância no espaço-tempo) com os da física quântica (Invariância da escala de prancha).

Consequências da nova equação

A nova equação prevê limites para a expansão do Universo.Fonte: Imagens Getty

Quando os autores afirmam na descrição da nova equação que ela é “covariante espaço-tempo” Isso significa que mantém sua forma matemática, mesmo quando suas coordenadas são transformadas. Isso é garantido pelo uso da chamada geometria Riemanniana, área da matemática que explica, neste caso, a curvatura do espaço-tempo causada pela presença de massa e energia, na relatividade geral.

Por outro lado, dizer que a equação permanece “invariante em relação a qualquer escala de Planck” significa que ela permanece válida, no entanto, a escala em que os fenômenos ocorrem, desde escalas microscópicas até as maiores escalas cosmológicas. A respeito disso, a escala de Planck fornece valores fundamentais para comprimento, tempo e energia na física quântica e na relatividade, com base em constantes universais.

Aplicando a equação ao mundo em que vivemos, os autores concluem que, à medida que o Universo se expande, a curvatura do espaço-tempo diminui, criando novas formas de massa e energia. Mas a certa altura, esta expansão atinge um ponto em que deixa de se expandir, conduzindo a um estado estacionário ou a novas alterações na taxa de expansão.

Mantenha-se atualizado sobre física e ciência quântica aqui no TecMundo. Se desejar, aproveite para entender o que é a interpretação dos Muitos Mundos da mecânica quântica. Até mais tarde!