Nova teoria da gravidade reacende sonho da Teoria de Tudo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/05/2025

O campo quântico gravitacional é calculado em um espaço-tempo plano. A métrica clássica curva é calculada usando o valor esperado do campo quântico gravitacional.
[Imagem: Mikko Partanen e Jukka Tulkki/Aalto University]

Teoria de Tudo

Uma teoria que combina a gravidade com as outras forças fundamentais - o eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca - pode finalmente estar ao nosso alcance.

Incorporar a força gravitacional ao modelo padrão da física tem sido o objetivo de gerações de físicos, que tentam sem sucesso conciliar a incompatibilidade da teoria da gravidade de Einstein com a teoria quântica de campos.

Mikko Partanen e Jukka Tulkki, da Universidade de Aalto, na Finlândia, que já haviam feito história solucionando um paradoxo da luz, desenvolveram uma nova teoria que descreve a gravidade de um modo que é compatível com o modelo padrão da física de partículas, abrindo caminho para uma melhor compreensão de como o Universo começou.

Embora o mundo da física teórica possa parecer distante da tecnologia aplicável, é bom não esquecer que a tecnologia moderna se baseia em avanços fundamentais como este - por exemplo, o GPS do seu celular foi criado graças à teoria da gravidade de Einstein.

"Se isso levar a uma teoria quântica de campo da gravidade completa, eventualmente ela dará respostas aos problemas muito difíceis de compreender das singularidades nos buracos negros e o Big Bang," disse Partanen. "Uma teoria que descreve coerentemente todas as forças fundamentais da natureza é frequentemente chamada de Teoria de Tudo. Algumas questões fundamentais da física ainda permanecem sem resposta. Por exemplo, as teorias atuais ainda não explicam por que há mais matéria do que antimatéria no Universo observável."

A força gravitacional pode emergir da entropia, e não da curvatura do espaço-tempo.
[Imagem: Ginestra Bianconi]

Teorias de calibre

A chave para o avanço da nossa compreensão do Universo envolve encontrar uma maneira de descrever a gravidade em uma teoria de calibre adequada - um tipo de teoria em que as partículas interagem umas com as outras por meio de um campo.

"O campo de calibre mais conhecido é o campo eletromagnético. Quando partículas eletricamente carregadas interagem entre si, elas interagem por meio do campo eletromagnético, que é o campo de calibre pertinente," explicou Tulkki. "Então, quando temos partículas que têm energia, as interações que elas têm, simplesmente por terem energia, aconteceriam por meio do campo gravitacional."

Mas falta encontrar uma teoria de calibre da gravidade que seja compatível com as teorias de calibre das outras três forças fundamentais - a força eletromagnética, a força nuclear fraca e a força nuclear forte. O modelo padrão da física de partículas é uma teoria de calibre que descreve essas três forças e possui certas simetrias. "A ideia principal é ter uma teoria de calibre da gravidade com uma simetria semelhante às simetrias do modelo padrão, em vez de basear a teoria no tipo muito diferente de simetria espaço-temporal da relatividade geral," detalhou Partanen.

Não é só um buraco teórico: Uma teoria quântica da gravidade é necessária para explicar inúmeros eventos cosmológicos, nos quais estão presentes um campo gravitacional e altas energias. Nos exemplos mais extremos, essas são as condições em torno dos buracos negros e no Universo primordial, logo após o Big Bang, e nessas chamadas singularidades as teorias existentes na física deixam de funcionar.

Se o espaço for formado por "átomos de espaço", isso também pode unificar a mecânica quântica e a relatividade.
[Imagem: Jiehui Liang et al. - 10.1038/s41586-024-07201-w]

Renormalização

Os dois físicos descobriram uma nova abordagem baseada na simetria para a teoria da gravidade, e acabam de publicar suas equações e cálculos, que agora estão sendo analisados pela comunidade científica mundial.

Embora a teoria seja promissora, a dupla ressalta que ainda não concluiu sua demonstração, e está apresentando apenas os resultados preliminares. A teoria utiliza um procedimento técnico conhecido como renormalização, uma forma matemática de lidar com infinitos que aparecem nos cálculos. Até agora, Partanen e Tulkki demonstraram que isso funciona até certo ponto - para os chamados termos de "primeira ordem", mas precisam garantir que os infinitos possam ser eliminados ao longo de todo o cálculo.

"Se a renormalização não funcionar para termos de ordem superior, obteremos resultados infinitos. Portanto, é vital mostrar que essa renormalização continua funcionando," disse Tulkki. "Ainda precisamos fazer uma demonstração completa, mas acreditamos que é muito provável que tenhamos sucesso."

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