Dois artigos publicados recentemente por físicos da UCL (University College London) prometem resolver um dos grandes desafios da física teórica moderna: a unificação da gravidade e da mecânica quântica, e também a manutenção do conceito clássico de espaço-tempo de Einstein. Os artigos foram publicados simultaneamente, os dois trabalhos estão nas revistas Physical Review X e Nature Communications.
Primeiro autor do artigo da Nature, o professor Jonathan Oppenheim explica: “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. Deve o espaço-tempo ser quantizado, ou devemos modificar a teoria quântica, ou é algo completamente diferente?“.
Uma teoria pós-quântica da gravidade clássica?
Afinal, será que não existe gravidade quântica?Fonte: Physical Review Letters
No artigo solo escrito pelo professor Oppenheim na Physical Review X, ele desafia o consenso de que a teoria da gravidade de Einstein deveria ser adaptada para se enquadrar na teoria quântica. Em vez disso, propõe que o espaço-tempo seja clássico, ou seja, não governado, de forma alguma, pela teoria quântica, para não sofrer “das patologias da teoria semiclássica baseada em valores esperados”.
Apelidado de “teoria pós-quântica da gravidade clássica”, o novo modelo altera a teoria quântica e prevê uma quebra na previsibilidade, que é consequência de a gravidade estar ligada à estrutura do espaço-tempo. A ideia aqui, diz Oppenheim, é “evitar vários teoremas proibidos que pretendem impedir as interações quânticas clássicas”.
De acordo com o release da UCL, isso pode resultar “em flutuações aleatórias e violentas no espaço-tempo” (incertezas quânticas), maiores do que as previstos pela mecânica quântica padrão. Com isso o peso aparente dos objetos, isto é, a força da gravidade que eles experimentam, irá se tornar imprevisível “se medida com precisão suficiente”.
Testando a natureza quântica da gravidade
O cilindro de platina e irídio que representava 1 kg.Fonte: Bureau international des poids et mesures
No segundo artigo, publicado de forma suplementar ao de Oppenheim na Nature Communications, um grupo de alunos, sob a supervisão do mestre, analisa algumas das implicações da teoria pós-quântica da gravidade clássica, e sugere uma experiência prática para testá-la: medir uma massa com extrema precisão para ver se o seu peso parece flutuar ao longo do tempo.
Como argumento a favor das interações quânticas-clássicas, os autores apresentaram o fato de o Bureau Internacional de Pesos e Medidas na França pesar todo dia uma massa de 1 kg que antes era representada por um cilindro de platina e irídio fabricado em 1889, e que acabou perdendo 50 microgramas de sua massa, devido à fuga de átomos ou à absorção de moléculas de ar.
Se as variações nessas medições não apresentassem uma consistência matemática, a nova teoria poderia ser descartada. No entanto, destaca o coautor Zach Weller-Davies, “mostramos que, se o espaço-tempo não tem natureza quântica, deverão existir então flutuações aleatórias na curvatura do espaço-tempo, com uma assinatura específica, que podem ser verificada experimentalmente”.
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