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Espaço-tempo é gerado pelo entrelaçamento quântico?

Espaço-tempo é gerado pelo entrelaçamento quântico?
O Princípio Holográfico propõe que o universo tridimensional que conhecemos surgiu de uma superfície externa que continha em duas dimensões tudo o que é necessário para descrevê-lo. [Imagem: Hirosi Ooguri]

Dimensões adicionais

Um trabalho de uma equipe de físicos e matemáticos deu um passo significativo em direção à unificação da relatividade geral com a mecânica quântica.

Para a equipe, não apenas não há incompatibilidade entre as duas teorias, como o próprio espaço-tempo, conforme descrito por Einstein, emerge do emaranhamento quântico, o estranho comportamento das partículas quânticas de que Einstein gostava tão pouco.

O emaranhamento quântico - ou entrelaçamento quântico - é um fenômeno pelo qual estados como o spin ou a polarização de partículas localizadas em diferentes pontos do espaço não podem ser descritos de forma independente. Assim, mexer em umas das partículas - fazer uma medição de suas propriedades - vai imediatamente alterar a outra partícula entrelaçada, algo que Einstein ironizou chamando o fenômeno de "ação fantasmagórica à distância".

Jennifer Lin e seus colegas estão propondo agora - e demonstraram seus argumentos de forma bastante firme - que é justamente esse entrelaçamento quântico que gera as dimensões adicionais da teoria gravitacional.

Universo Holográfico

Os argumentos se fundamentam no chamado "Princípio Holográfico", que vem ganhando sustentação por um número cada vez maior de físicos.

O Princípio Holográfico afirma que a gravidade de um volume tridimensional pode ser descrita pela mecânica quântica na superfície bidimensional que envolve esse volume - é matematicamente possível explicar as três dimensões do volume a partir das duas dimensões da superfície.

Mas havia uma dificuldade: faltava compreender os mecanismos precisos que eventualmente permitiram o surgimento do volume interno a partir da superfície externa.

Foi isto que agora foi feito por Jennifer e seus colegas das universidades de Chicago e de Tóquio, que encontraram uma forma de mostrar que o entrelaçamento quântico é a chave para resolver esta questão.

Espaço-tempo é gerado pelo entrelaçamento quântico?
Jennifer Lin descobriu uma ponte entre a mecânica quântica e a relatividade geral usando o modelo do Universo Holográfico. [Imagem: UChicago]

Densidade de energia

Usando uma teoria quântica (que não inclui a gravidade), Jennifer mostrou como calcular a densidade de energia, que é uma fonte de interações gravitacionais em três dimensões, usando apenas dados do entrelaçamento quântico na superfície do holograma cósmico.

Em uma comparação mais simples, isto é análogo a diagnosticar as condições no interior tridimensional do seu corpo olhando para imagens de raios X em folhas bidimensionais.

Isto permitiu interpretar propriedades universais do entrelaçamento quântico como sendo condições para a densidade de energia que devem ser satisfeitas por qualquer teoria quântica da gravidade que se queira consistente, sem realmente incluir explicitamente a gravidade na teoria.

"Nosso artigo lança uma nova luz sobre a relação entre o entrelaçamento quântico e a estrutura microscópica do espaço-tempo através de cálculos explícitos. A interface entre a gravidade quântica [o trabalho dos físicos] e a ciência da informação [o trabalho dos matemáticos] está-se tornando cada vez mais importante para ambos os campos," disse o professor Hirosi Ooguri, orientador do trabalho.

Curiosamente, há poucos dias, outra equipe usou a gravidade, conforme descrita por Einstein, para chegar até os comportamentos estranhos descritos pela mecânica quântica:

Bibliografia:

Locality of Gravitational Systems from Entanglement of Conformal Field Theories
Jennifer Lin, Matilde Marcolli, Hirosi Ooguri, Bogdan Stoica
Physical Review Letters
Vol.: 114, 22160
DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.221601




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