Nova teoria radical poderia finalmente unir as duas maiores estruturas da física: WebCuriosos

Algumas inimizades são tão poderosas que nunca poderiam ser resolvidas. Bette e Joana. Batman e o Coringa. Hamilton e Burr.

Começava a parecer que essa lista incluiria a relatividade geral e a teoria quântica, duas estruturas matemáticas para descrever o Universo que simplesmente não podem ser encaixadas.

Mas num novo artigo, o físico Jonathan Oppenheim, da University College London, afirma ter encontrado uma maneira de resolver as suas diferenças.

E fica ainda melhor – um segundo artigo apresenta uma maneira de testá-lo experimentalmente.

“A teoria quântica e a teoria da relatividade geral de Einstein são matematicamente incompatíveis entre si, por isso é importante compreender como esta contradição é resolvida”, Oppenheim explica.

“Deveríamos o espaço-tempo ser quantizado, ou deveríamos modificar a teoria quântica, ou seria algo totalmente diferente?”

O Universo não se comporta de maneira unificada entre escalas e temos diferentes ferramentas para explorá-lo e descrevê-lo. A relatividade geral é a teoria que descreve as interações gravitacionais no Universo físico em grande escala, com base na forma como a gravidade curva o espaço-tempo.

Pode ser usado para fazer previsões sobre o Universo; a relatividade geral previu ondas gravitacionais, lentes gravitacionais e alguns comportamentos de buracos negros.

Em escalas muito menores – atômicas e subatômicas – a gravidade não funciona da mesma forma que na relatividade. Um conjunto diferente de regras é necessário para descrever a forma como a matéria se comporta e interage. Esta é a teoria quântica.

Durante décadas, os físicos têm tentado descobrir como fazer os dois conjuntos de regras funcionarem juntos. Os domínios da relatividade e da teoria quântica interagem no mundo real, mas os cientistas não conseguiram descobrir como.

O pensamento atual é que a gravidade pode, de alguma forma, ser descrita usando a teoria quântica, ou quantizada. Isso está por trás de teorias como a teoria das cordas e a teoria do loop quântico.

Mas no seu artigo, Oppenheim apresenta uma alternativa completamente diferente. E se o espaço-tempo não puder ser quantizado, porque é inteiramente governado pela física clássica?

Imagine que a realidade é a tela do seu computador ou telefone. Você pode ver a imagem geral claramente, mas se usar uma lente de aumento na tela, verá que ela é composta de minúsculas unidades.

Segundo a teoria quântica, este é o Universo. Se você aumentar o zoom o suficiente, ele será composto de minúsculas unidades básicas, ou quanta, como os pixels da tela. Se o espaço-tempo não é quântico, não importa o quão longe você aumente o zoom; sempre será suave.

Contudo, segundo a teoria de Oppenheim, o espaço-tempo não seria apenas suave, tornar-se-ia algo instável e imprevisível.

É aqui que ele se torna testável. Essa oscilação resultaria em flutuações de propriedades mensuráveis ​​que são maiores do que as flutuações previstas pela teoria quântica.

Com o experimento certo, os físicos poderiam procurar essas flutuações.

“Mostrámos que se o espaço-tempo não tem uma natureza quântica, então deve haver flutuações aleatórias na curvatura do espaço-tempo que têm uma assinatura particular que pode ser verificada experimentalmente,” diz o físico Zach Weller-Davies da University College de Londres.

“Tanto na gravidade quântica quanto na gravidade clássica, o espaço-tempo deve estar passando por flutuações violentas e aleatórias ao nosso redor, mas em uma escala que ainda não fomos capazes de detectar. Mas se o espaço-tempo é clássico, as flutuações têm que ser maior do que uma determinada escala, e esta escala pode ser determinada por outro experimento onde testamos por quanto tempo podemos colocar um átomo pesado em superposição em dois locais diferentes.”

Agora, o problema da relatividade e da mecânica quântica é grande. Resolvê-lo exigirá provas absolutamente extraordinárias e estamos muito longe disso.

E a teoria de Oppenheim certamente encontra oposição dentro da comunidade científica.

Na verdade, colegas físicos Carlos Rovelli e Geoff Penington sentem tão fortemente que a teoria quântica pode descrever a gravidade que eles têm assinou uma aposta contra o Oppenheim com probabilidades de 5.000:1.

Carlo se ofereceu para me dar 5.000 bolas coloridas para que eu pudesse jogar bazinga: https://t.co/teDCXmj9w4 e se ele ganhar, dou-lhe uma bola vermelha. Mas eu não jogo bazinga e ele parece pouco entusiasmado com as minhas propostas: 50 ml de azeite ou vinho? 0,00002 bitcoins? um pacote de batatas fritas? Minha casa? 2/

-Jonathan Oppenheim (@postquantum) 21 de janeiro de 2021

Mas mesmo não encontrar nada numa experiência pode dizer-nos coisas importantes, por isso, seja qual for o resultado da experiência, podemos aprender algo interessante e valioso com ela.

“Experiências para testar a natureza do espaço-tempo exigirão um esforço em grande escala, mas são de enorme importância do ponto de vista da compreensão das leis fundamentais da natureza,” diz o físico Sougato Bose da University College London, que não esteve envolvido nesses artigos.

“Acredito que estas experiências estão ao nosso alcance – estas coisas são difíceis de prever, mas talvez saibamos a resposta nos próximos 20 anos.”

A teoria de Oppenheim foi publicada em Revisão Física X. Um experimento projetado para testá-lo foi descrito em Comunicações da Natureza.