Espaço formado por "átomos de espaço" unifica mecânica quântica e relatividade

Espa?o

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/04/2025

Em busca da unifica??o

F?sicos alem?es abriram uma nova rota que pode unificar os campos da mec?nica qu?ntica e da teoria da relatividade, que insistem em n?o entrar em acordo, apesar de quase um s?culo de tentativas de apaziguamento.

Existem quatro for?as fundamentais no Universo: gravidade, eletromagnetismo, a intera??o fraca e a intera??o forte - a relatividade geral descreve a gravidade, enquanto a teoria qu?ntica lida com as outras tr?s for?as. Normalmente isso n?o tem consequ?ncias importantes, j? que a relatividade geral ? usada principalmente para calcular o comportamento de grandes massas no Universo, enquanto a teoria qu?ntica foca no mundo das coisas muito pequenas, nas dimens?es dos ?tomos.

Contudo, para entender melhor fen?menos-chave, como o Big Bang ou os buracos negros, ? necess?rio um modelo que una os dois conceitos, elaborando uma teoria qu?ntica da gravidade, ou uma gravidade qu?ntica.

Por exemplo, a relatividade geral afirma que toda a mat?ria em um buraco negro ? unida em um ponto min?sculo, chamado singularidade. Ora, para entender como as for?as gravitacionais gigantescas do buraco negro agem no microcosmo, onde s?o as leis da mec?nica qu?ntica que se aplicam, ? necess?rio acomodar as duas teorias em um arcabou?o unificado.

E h? mais: A teoria da gravidade qu?ntica pode virar de cabe?a para baixo nosso conceito de causalidade, j? que os conceitos de causa e efeito parecem n?o se aplicar aos buracos negros.

"O tempo determina a rela??o entre causa e efeito - as causas est?o no passado, os efeitos no futuro," explica o professor Wolfgang Wieland, da Universidade Erlangen-Nurnberg. "Essa suposi??o est? firmemente inserida na mec?nica qu?ntica. No entanto, a relatividade geral prev? que grandes massas curvam o espa?o-tempo devido ? sua gravidade. Em um buraco negro, esse efeito ? t?o extremo que os termos 'antes' e 'depois' n?o t?m significado. Isso tem enormes implica??es para nossa compreens?o de causa e efeito."

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Quantum de gravidade e quantum de espa?o

Um dos maiores problemas para a unifica??o das duas teorias ? justamente a quantiza??o, a ideia central na mec?nica qu?ntica de que tudo pode ser desmembrado at? os quanta, os menores pacotes poss?veis de qualquer coisa.

Os chamados observ?veis, como a energia ou o momento angular, s? podem assumir valores discretos, e n?o valores cont?nuos. Isso tamb?m afeta as intera??es eletromagn?ticas e as for?as fraca e forte, que tamb?m s?o quantizadas. Mas ningu?m conseguiu quantizar a gravidade.

O professor Wieland acredita ter encontrado um atalho: Quantizar o espa?o e o tempo. Quando dividimos o espa?o-tempo em pequenas unidades discretas, a gravidade, que ? um fen?meno macrosc?pico, pode ser explicada pela teoria qu?ntica.

"Nossa abordagem ? que o espa?o e o tempo em si n?o s?o cont?nuos, mas consistem em pequenas por??es," explica ele. "Se essa tese estiver correta, ent?o a gravidade tamb?m pode ser descrita com a ajuda da teoria qu?ntica."

N?o ? a primeira vez que os f?sicos prop?em a exist?ncia de "?tomos de espa?o", ou seja, de que o espa?o seria formado por unidades fundamentais. Esse ponto de vista est? inclu?do em outra proposta controversa, a de que o Universo ? um Holograma. Mas ainda estamos aqu?m das condi??es t?cnicas para comprovar a ideia.

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O espa?o-tempo ? granular?

Em um espa?o-tempo quantizado, uma bola n?o descreve uma trajet?ria suave e cont?nua do p? do jogador at? a rede - ela d? passos definidos de uma posi??o ? outra. Da mesma forma, n?o h? rel?gio que divida a passagem do tempo em intervalos arbitrariamente finos - ele progride em passos, como o ponteiro dos segundos de um rel?gio anal?gico. No mundo macrosc?pico, esses passos n?o s?o percebidos porque s?o extremamente pequenos.

Um elemento importante nesse conceito de espa?o-tempo quantizado consiste nas unidades de Planck - cunhadas por Max Planck (1858-1947) -, um sistema fundamental de unidades que podem ser constru?das unicamente a partir da velocidade da luz e das constantes naturais da gravidade e da teoria qu?ntica.

Outra constante, a pot?ncia de Planck, pode ser calculada a partir das unidades de Planck. Wieland est? focando sua nova proposta na pot?ncia de Planck. "Nossa compreens?o atual ? que a pot?ncia - isto ?, a quantidade de energia que pode ser emitida por unidade de tempo - pode se tornar infinitamente grande em nosso Universo," explica ele. "Isso faz com que algumas das equa??es parciais em uma descri??o te?rica qu?ntica da gravidade se tornem insol?veis."

O que ele conseguiu demonstrar agora ? que, em um espa?o-tempo quantizado, h? um limite superior para a pot?ncia. Esse limite, que, como a velocidade da luz, n?o pode ser excedido, ? justamente a pot?ncia de Planck - ela ? inimaginavelmente grande, com 10⁵³ watts, mas ainda assim limitada.

"Se minhas considera??es te?ricas se comprovarem verdadeiras, ser? poss?vel decompor o poder das ondas gravitacionais nos menores quanta," explicou Wieland. Esse ? o problema que ele abordar? a seguir, juntamente com a quest?o de como a gravidade influencia a estrutura causal do mundo.

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