[Imagem: T. Thiemann/FAU Erlangen]
Seria o
espaço formado por “átomos de espaço”? É o que propõe uma nova teoria da
gravidade quântica, que poderá ser capaz de descrever a evolução do Universo do
Big Bang até os nossos dias, tudo em uma única teoria.
Teoria da
gravidade quântica
Apesar de
todos os avanços recentes, a física de hoje não consegue descrever o que
aconteceu no Big Bang.
A teoria
quântica e a teoria da relatividade funcionam muito bem dentro de suas próprias
fronteiras, mas colapsam nesse estado primordial quase infinitamente denso e
quente do Universo.
Em certas
regiões extremas – em distâncias extremamente pequenas, na chamada escala de
Planck, por exemplo – nenhuma das duas teorias tem qualquer coisa a dizer.
Espaço e
tempo, portanto, não têm nenhum significado em buracos negros ou, mais
notavelmente, durante o Big Bang.
É por isso
que os físicos sonham com uma teoria mais abrangente, uma teoria da gravidade
quântica, que unifique estes dois pilares fundamentais da física.
Assim,
esperam eles, poderíamos ter uma visão plausível de como o Universo começou.
Unificação
da descrição do Universo
Agora,
cientistas do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Alemanha) e do
Perimeter Institute (Canadá) fizeram uma descoberta importante nesse percurso
rumo a uma explicação mais geral do Universo.
De acordo com
a nova teoria, o espaço seria composto de pequenos “blocos fundamentais” –
assim como a matéria tem nos átomos seus blocos de construção básicos, o espaço
também seria formado por algo parecido com “átomos de espaço”.
Tomando essa
hipótese como ponto de partida, os cientistas chegaram a uma das equações mais
fundamentais da cosmologia, a equação de Friedmann, que descreve o Universo.
Isso mostra
que a mecânica quântica e a teoria da relatividade realmente podem ser
unificadas, defendem eles.
A equação de
Friedmann, que descreve o Universo em expansão, foi derivada pelo matemático
russo Alexander Friedmann na década de 1920, com base na Teoria Geral da
Relatividade de Einstein.
Átomos de
espaço
Assim como
um líquido consiste de átomos, Daniele Oriti e seus colegas imaginam o espaço
como algo composto de pequenas células ou “átomos de espaço”, o que exige uma
nova teoria para descrevê-los: a gravidade quântica.
“Nós podemos
descrever o comportamento de um fluxo de água com a teoria clássica há muito
conhecida da hidrodinâmica. Mas se avançamos para escalas cada vez menores e,
eventualmente, chegamos aos átomos individuais, a hidrodinâmica não se aplica
mais. Então precisamos da física quântica,” compara ele.
Na Teoria da
Relatividade de Einstein, o espaço é um continuum.
Oriti
segmentou esse espaço em pequenas células elementares, e aplicou nelas os
princípios da física quântica, como se faz com outras partículas elementares.
Esta é a
ideia unificadora, já que a física quântica foi então aplicada não apenas ao
espaço descrito pela Relatividade, mas ao “cerne do espaço”, à sua própria
“consistência”.
[Imagem: ESA/SPI Team/ECF]
Algumas
teorias sugerem que a natureza quântica do espaço – sua “granularidade” – deve
manifestar-se na chamada escala de Planck: a 10-35 metro.
Escalas
dimensionais
Um problema
fundamental de todas as abordagens da gravidade quântica consiste em
estabelecer uma ponte entre as grandes escalas dimensionais – dos átomos até as
dimensões do Universo.
Voltando à
ideia dos fluidos: Como pode a hidrodinâmica que vale para a água que flui ser
derivada de uma teoria para os átomos?
A tarefa
agora consistiu em descrever a forma como o espaço evolui a partir de células
elementares – os átomos de espaço.
Esta tarefa
matemática desafiadora levou a um resultado que se mostrou um sucesso
surpreendente.
“Sob
hipóteses especiais, o espaço é criado a partir desses blocos básicos, e evolui
como um Universo em expansão,” explica Oriti. “Pela primeira vez, portanto, nós
fomos capazes de derivar a equação de Friedmann diretamente, como parte de
nossa teoria completa da estrutura do espaço.”
Oriti e seus
colegas, então, conseguiram fazer a ponte do micromundo até o mundo macro e,
portanto, da mecânica quântica para a Teoria da Relatividade Geral: eles
mostraram que o espaço emerge como o condensado dessas células elementares e
evolui para um universo que se assemelha ao nosso.
Detalhes
Nesse ponto,
é bom lembrar que, em sua conclusão, Oriti começou sua frase com “Sob hipóteses
especiais”.
É que a
solução é válida para um universo homogêneo.
Mas nosso
mundo real é muito mais complexo, contendo “heterogeneidades” tais como
galáxias, estrelas, planetas – e seres humanos.
Os físicos
agora estão trabalhando para tentar incluir esses “detalhes” em sua teoria dos
átomos de espaço.
Bibliografia:
Cosmology from Group Field Theory
Formalism for Quantum Gravity
Steffen Gielen, Daniele Oriti,
Lorenzo Sindoni
Physical Review Letters
Vol.: 111, 031301
DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.031301
http://arxiv.org/abs/1303.3576 in: http://romulogondim.com.br/fisicos-propoem-espaco-formado-atomos-espaco/ e em http://gaea-deus.blogspot.com.br/2013/10/fisicos-propoem-que-espaco-e-formado.html?spref=bl em 28/10/2013
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