Novas abordagens matemáticas para um dos maiores problemas da física moderna podem finalmente ajudar a preencher a lacuna que há muito persiste entre a física quântica e a relatividade geral, abrindo caminho para a realização de uma “teoria unificada” há muito procurada.
As novas descobertas podem fornecer aos pesquisadores uma estrutura unificada que permitirá novos métodos para resolver vários mistérios do universo.
No passado, reconciliar as teorias aparentemente incompatíveis da mecânica quântica e da relatividade geral levou alguns a considerar se uma “teoria unificada” abrangente é realmente atingível. Essa questão levou o físico Stephen Hawking a dizer que “Mesmo que haja apenas uma teoria unificada possível, ela é apenas um conjunto de regras e equações… o melhor que podemos conseguir são teorias parciais que descrevam diferentes aspectos do universo.”
Agora, em uma descoberta recente, uma equipe de cientistas propôs uma nova equação que pode finalmente ajudar a unir esses dois pilares aparentemente irreconciliáveis da física moderna.
A equipe internacional, composta pelos pesquisadores Chavis Srichan, Pobporn Danvirutai, Adrian David Cheok, Jun Cai e Ying Yan, adotou uma abordagem que reformulou a geometria riemanniana usando o que é conhecido como formalismo da escala de Planck. A escala de Planck, em essência, visa unir certas quantidades na relatividade, mecânica quântica e gravidade.
A equação da equipe extrai disto para oferecer novas perspectivas sobre a estrutura fundamental do universo, reduzindo suas constantes a apenas duas quantidades: comprimento de Planck e tempo de Planck. O resultado é uma nova equação que permite a redefinição de propriedades físicas básicas como massa e cargas de léptons, por meio das quais elas agora são vistas como interações entre energia e a curvatura do próprio espaço-tempo.
De acordo com o novo artigo publicado no periódico Astroparticle Physics, a abordagem resultante pode preservar a covariância no espaço-tempo, mas também manter a invariância na escala de Planck. As conclusões da equipe com base nisso são significativas, pois eles relatam que “provaram que a equação de campo de Einstein da relatividade geral é, na verdade, uma equação mecânica quântica relativística”.
Já em 1917, Einstein previu a presença de energia escura em todo o nosso universo aplicando a teoria geral da relatividade à estrutura geral do espaço-tempo. No entanto, ele percebeu que uma força deve existir para evitar que o universo entre em colapso sobre si mesmo, o que finalmente o levou a formular a constante cosmológica, ou o que ele chamou de lambda.
Levando sua pesquisa um passo adiante, a equipe aplicou o formalismo lambda de Einstein à modelagem mais aprofundada do universo, o que os levou a concluir que a dinâmica do universo provavelmente se assemelha a osciladores harmônicos que estão emaranhados com a curvatura lambda.
Uma teoria existente sugere que o emaranhamento entre elementos do espaço-tempo pode facilitar a transferência de energia entre diferentes universos, o que também pode incluir o potencial de transferência de informações através da luz, um conceito conhecido como hipótese ER=EPR.
A nova equação da equipe também se aplica à nossa compreensão dos buracos negros, pois as singularidades associadas à gravidade intensa dessas regiões do espaço podem ser evitadas, já que o espaço e o tempo não estão mais emaranhados da mesma forma que a teoria atual propõe.
Com base no modelo desenvolvido pelos pesquisadores, é possível prever um fundo de ondas gravitacionais com um espectro que corresponde bem aos dados atuais, o que potencialmente abre caminho para novas possibilidades em termos de como a estrutura e a evolução do universo podem ser exploradas.
No geral, o trabalho da equipe representa um passo potencialmente crucial para trazer a ideia de uma teoria unificada capaz de resolver a mecânica quântica e a relatividade geral mais perto da realidade. Ao modelar o universo como um sistema de espaços-tempos emaranhados, os pesquisadores podem em breve ser capazes de obter novos insights sobre a natureza fundamental da realidade e uma gama de questões cosmológicas persistentes há muito tempo.
