Um Passo Mais Perto de uma Teoria da Gravidade Quântica

Um Passo Mais Perto de uma Teoria da Gravidade Quântica: Físicos revelam uma nova abordagem para resolver predições diferentes da Relatividade e Física Quântica

Uma nova abordagem combinando a Teoria Geral da Relatividade de Einstein com a Física Quântica pode vir de um artigo publicado no periódico Nature Physics.

As ideias podem ajudar a construir uma bem-sucedida teoria da gravidade quântica, alguma coisa que há muito tempo tem escapado aos físicos.

Magdalena Zych – O tempo entrelaçado na teoria da gravidade quântica

Magdalena Zych da Universidade de Queensland e Caslav Brukner da Universidade de Viena na Áustria criaram um conjunto de princípios que compara o modo como os objetos se comportam como predito pela teoria de Einstein com o seu comportamento previsto pela teoria da gravidade quântica.

A física quântica descreveu com muito sucesso o comportamento de partículas minúsculas como átomos e elétrons, enquanto a Relatividade é muito acurada para forças em escala cósmica.

Entretanto, em alguns casos, notavelmente a gravidade, as duas teorias produzem resultados incompatíveis.

Teoria de Einstein: Conceito de Gravidade

A teoria de Einstein revolucionou o conceito de gravidade, ao mostrar que ela era causada por curvas no espaço-tempo ao invés de uma força.

Em contraste, a teoria da gravidade quântica mostrou com sucesso que outras forças, como o magnetismo, são o resultado de partículas transitórias sendo trocadas entre os objetos que interagem.

A diferença entre os dois casos levanta uma importante questão: podem objetos atraídos por forças elétricas ou magnéticas se comportarem do mesmo modo quando atraídos pela gravidade de um planeta próximo?

Em linguagem física, a massa inercial e a massa gravitacional de um objeto são supostas serem a mesma, uma propriedade conhecida como o Princípio da Equivalência de Einstein.

Mas, dado que as duas teorias são tão diferentes, não está claro que a ideia se mantém no nível quântico.

Zych e Brukner combinaram dois princípios para formular o problema. Da Relatividade eles pegaram a equação E=mc², que determina que quando objetos ganham mais energia eles se tornam mais pesados.

Isto se aplica inclusive para um átomo movendo-se de um nível com baixa energia para um estado mais excitado.

Segundo a teoria da gravidade quântica – Como é a Realidade

A isso eles acrescentaram o princípio da superposição quântica, que determina que partículas podem apresentar mais de um estado ao mesmo tempo. E como níveis diferentes de energia têm massas diferentes, então a massa total apresentará valores ao longo de uma faixa, também.

Essa previsão permitiu à dupla propor testes que poderiam revelar o comportamento quântico da aceleração gravitacional.

Caslav Brukner – Teoria da Gravidade Quântica

“Por exemplo, para um objeto em queda livre em uma superposição de acelerações, correlações de entrelaçamento quântico poderiam desenvolver-se entre os estados internos da partícula e sua posição”, explica Zych.

“Então, a partícula realmente se combinaria com o espaço enquanto cai, o que violaria o Princípio da Equivalência”.

Como a maioria das teorias de gravidade quântica prediz que o Princípio da Equivalência será de fato violado, os testes propostos por Zych e Brukner poderiam ajudar a avaliar se essas abordagens estão no caminho certo.

Zych foi inspirada a atacar o problema quando pensando sobre uma variante do “paradoxo dos gêmeos” de Einstein. Isso aparece como uma consequência da Relatividade, e diz que um gêmeo viajando a alta velocidade envelhecerá mais lentamente do que outro, que permanece estacionário.

Ao invés, Zych imaginou tipo dois gêmeos ligados quanticamente, feitos da superposição quântica de dois estados de energia diferentes – e, portanto, duas massas superpostas.

“Foi surpreendente encontrar essas esquinas da física quântica que não foram exploradas antes”, diz Zych.

Ela estima que a diferença causada pelo comportamento quântico de um átomo interagindo com um laser de comprimento de onda visível seria em torno de uma parte em 10 elevado a 11.

Um grupo italiano já começou a trabalhar em tais experimentos e não encontrou desvio do Princípio da Equivalência até uma parte em 10 elevado a 9.

Se o trabalho de Einstein terminar por não ser violado, isso poderia ter consequências para o uso de sistemas quânticos como relógios atômicos muito precisos.

“Se o princípio de Einstein for violado somente como permitido na física clássica, relógios poderiam falhar pela dilatação temporal, como predito pela Relatividade”, diz Zych.

“Mas se for violado como permitido pela teoria da gravidade quântica, relógios poderiam genericamente deixar de ser relógios de todo.”