Espaço

Espaço pode ser formado por "átomos de espaço"

Com informações do Instituto Max Planck - 25/10/2013

Físicos propõem que espaço é formado por
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.[Imagem: T. Thiemann/FAU Erlangen]

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".

Físicos propõem que espaço é formado por
Algumas teorias sugerem que a natureza quântica do espaço - sua "granularidade" - deve manifestar-se na chamada escala de Planck: a 10-35 metro. [Imagem: ESA/SPI Team/ECF]

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
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