Universo holográfico pode explicar como a gravidade se forma no mundo quântico

A busca por uma teoria da gravitação quântica ganhou um novo artigo que mostra como a matemática poderia descrever a gravidade dentro de um modelo holográfico do universo. Longe de se assemelhar aos hologramas da ficção científica, esse modelo propõe que as partículas de nossa dimensão seriam projeções de outras dimensões.

• Medidor de gravidade quântica ajudará a encontrar água em outros planetas
• Matéria e antimatéria reagem à gravidade da mesma forma

Encontrar a teoria que unificará a mecânica quântica e a Relatividade Geral de Albert Einstein é um dos principais objetivos dos físicos teóricos nas últimas décadas. Na primeira, a natureza é explicada por meio das partículas, enquanto o universo em grande escala é explicado pela segunda.

Contudo, as duas teorias, embora comprovadas centenas de vezes, permanecem incompatíveis. Por exemplo, não existe nenhuma partícula que explique como a gravidade surge em nosso universo — ao contrário das outras três forças fundamentais da natureza, que são “transportadas” por suas respectivas partículas.

Deste modo, a gravidade permanece conforme descrita por Einstein — uma deformação no espaço-tempo causada pela presença de massa —, mas deixa de funcionar em escalas atômicas. Isso resulta em grandes problemas, como os buracos negros, que são enormes quantidades de matéria espremidas em um ponto microscópico.

Para resolver esse problema, surgiram hipóteses matematicamente elegantes, como a Teoria das Cordas. Ela prevê a existência de até 11 dimensões, e descreve os elétrons, fótons, quarks, e as demais partículas fundamentais que se manifestam em nosso espaço tridimensionais como linhas, ou “cordas”.

A partir dessa hipótese, os teóricos desenvolveram o conceito conhecido como princípio holográfico, e foi a partir dessa ideia que os autores do novo estudo encontraram uma matemática na qual a gravidade pode surgir de eventos no mundo quântico (ou seja, em escala microscópica).

Na prática, o artigo mistura diferentes modelos que descrevem o comportamento das partículas e suas ondas e como elas se transformam em campos. Os autores colocaram essa mistura dentro de um cenário holográfico que remete à Teoria das Cordas.

Tudo isso levou a uma descrição matemática equivalente a um funcionamento da gravidade como uma consequência natural dessas interações. Em outras palavras, o trabalho tenta mostrar, através da matemática, como a gravidade em grande escala no universo surge através de um sistema quântico em escala microscópica.

A ênfase na matemática aqui é importante, pois, para os físicos, não basta um conceito que faça sentido — é preciso mostrar que ele funciona por meio de fórmulas e cálculos. Se alguma conta “der errado” ou criar conflitos com teorias já bem estabelecidas, significa que algo está errado com o conceito.

Por fim, o novo estudo também representa uma possível solução para o mistério da energia escura, responsável pela expansão do universo, e, claro, poderá ajudar na descrição microscópica de buracos negros.

O artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Nature; via: ScienceAlert, SciTechDaily