Astrofísico ‘conserta’ a relatividade geral eliminando uma lei importante: WebCuriosos

Albert Einstein era um biscoito inteligente; não há dúvida sobre isso. Mas mesmo ele sabia que a sua teoria geral da relatividade – a resposta do século XXI à teoria universal da gravidade de Newton – não era perfeita.

Assim como o carro usado que você comprou com seu primeiro contracheque, ele atende às tarefas do dia a dia. Empurre com muita força até uma colina íngreme ou estacione-o perto de um shopping quântico, e o motor estremece até parar.

A solução do estudante de graduação em astrofísica da Universidade da Amizade dos Povos, Hamidreza Fazlollahi, é mergulhar nos bastidores e ver quais componentes não são tão essenciais quanto parecem.

Ao extrair uma lei que conserva uma qualidade matemática que envolve energia e momento, ele acredita que a relatividade geral poderá superar mais alguns obstáculos.

A gravidade descreve a tendência de coisas com massa se unirem. Quer se trate de galáxias em colisão, de uma lua lutando contra a inércia em sua atração em direção a um planeta, ou de uma maçã caindo dos galhos mais altos de uma árvore na Terra, os modelos de gravidade precisam explicar por que as massas se atraem.

No entanto, tal teoria também precisa de operar num Universo onde objectos de carga idêntica se repelem, explicar porque é que os núcleos atómicos se unem com uma força incrível, ou porque é que os neutrões decaem espontaneamente para formar protões. Ele também precisa funcionar quando as massas se tornam tão densas ou o espaço-tempo tão compacto que a própria luz não consegue mais escapar.

E, francamente, por melhor que seja, a relatividade geral simplesmente não está à altura da tarefa.

“O problema da não renormalização da gravidade de Einstein é bem conhecido. Isso levou a dezenas de tentativas de tratá-la como uma teoria de baixa energia”, Fazlollahi diz.

Renormalização é um truque mágico usado por físicos teóricos para fazer desaparecer infinitos frustrantes em campos quânticos. Quando os loops da realidade parecem recuar para sempre na distância em um fractal confuso, tire algumas dessas técnicas da sacola e seu modelo estará em terreno sólido mais uma vez.

A relatividade geral não torna isso fácil. Como tal, os campos ondulados do espaço-tempo que descreve recusam-se a engrenar com as praias arenosas da mecânica quântica, resultando num sistema imiscível de física que requer duas teorias da natureza onde uma faria muito mais sentido.

Felizmente, a formulação da relatividade geral de Einstein também se baseou numa série de suposições. Ele tinha boas razões para incluí-los, mas no final das contas o Universo poderia simplesmente ter outras ideias sobre se eles são justificados.

Uma das suposições mais fundamentais da relatividade geral é que a curvatura do espaço e do tempo é consistente com energia e momento sendo conservados. Em outras palavras, navegar em um oceano de espaço-tempo de A para B não deveria afetar sua energia ou velocidade, a menos que haja uma mudança nas forças.

Essa suposição é muito boa em um Universo plano e vazio. Mas o Universo tem covinhas e curvas, exuberante com galáxias, elétrons e partículas virtuais aparecendo e desaparecendo.

Em 1976físico inglês Peter Rastall surgiu com um modelo de gravidade sutilmente diferente que sugeria que a matéria e a curvatura do espaço e do tempo estavam ligadas de uma forma que não era trivial, um modelo que deixava espaço de manobra para a lei padrão de conservação de energia-momento.

Forjando um caminho diferente ao longo de uma forma de pensar semelhante, Fazlollahi recorreu à termodinâmica relativística – a física da troca de energia sob condições bastante extremas – para encontrar transformações de energia e momento que lembram as equações utilizadas na relatividade geral.

O resultado é uma nova maneira de descrever o surgimento da gravidade a partir da curva do espaço-tempo, que abandona algumas suposições fundamentais, ao mesmo tempo que permanece útil em coisas como explicar como o Universo se expandiu.

Por melhor que seja, está claro que a brilhante ideia de Einstein está errada em algum nível. Não adianta ser excessivamente conservador quando o destino de tudo está próximo.

Esta pesquisa foi publicada em O Jornal Físico Europeu C.