As partículas podem não seguir os caminhos previstos por Einstein

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/03/2026

Os objetos se movem ao longo de uma geodésica. Se levarmos em conta que o próprio espaço-tempo possui propriedades quânticas, surgem desvios (linha tracejada versus linha contínua).
[Imagem: Oliver Diekmann/TU Wien]

Unificação quântica-relatividade

Há várias ideias para unificar a relatividade geral e a mecânica quântica, sendo a mais comum delas a proposta de que a própria força da gravidade seja quântica, mediada por partículas hipotéticas apelidadas de grávitons.

Mas há outras, como a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop, com cada abordagem apresentando vantagens e limitações. E o maior problema está na escala: Enquanto a relatividade de Einstein utiliza trajetórias precisas chamadas geodésicas para descrever como planetas orbitam estrelas, a mecânica quântica substitui certezas por distribuições de probabilidade e incertezas para descrever como elétrons orbitam átomos.

Aplicar essas regras quânticas à própria estrutura do espaço-tempo cria obstáculos matemáticos que têm impedido a previsão de comportamentos passíveis de verificação experimental. E, sem um efeito observável claro, que experimentos possam medir para determinar qual teoria melhor reflete o funcionamento real da natureza, fica difícil avançar.

Benjamin Koch e colegas da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, acreditam ter encontrado agora um modo de não apenas alinhavar as teorias, como também identificar um modo de aferir sua proposta experimentalmente.

Projetado primeiro detector de grávitons, as partículas da gravidade.
[Imagem: Igor Pikovski]

Geodésica

Os pesquisadores se concentraram em um conceito central da relatividade chamado geodésica. Uma geodésica descreve o caminho mais curto entre dois pontos. Em uma superfície plana, esse caminho é simplesmente uma linha reta. Em superfícies curvas, a situação se torna mais complexa. Por exemplo, viajar do Polo Norte ao Polo Sul ao longo da superfície da Terra segue um semicírculo, que representa a rota mais curta possível em uma esfera.

A teoria de Einstein conecta espaço e tempo em uma única estrutura quadridimensional chamada espaço-tempo. Objetos massivos, como estrelas e planetas, curvam esse espaço-tempo. De acordo com a relatividade geral, a Terra orbita o Sol porque a massa do Sol curva o espaço-tempo e molda a trajetória que a Terra segue em sua órbita. O formato exato dessas trajetórias depende de algo chamado métrica, que mede a intensidade da curvatura do espaço-tempo.

A teoria quântica, por sua vez, substitui as propriedades precisas das partículas, como suas posições e velocidades, por objetos matemáticos conhecidos como funções de onda. "Na física quântica, as partículas não têm uma posição nem um momento precisamente definidos. Em vez disso, ambos são descritos por distribuições de probabilidade. Quanto mais precisamente se conhece um deles, mais impreciso e incerto se torna o outro," explicou Koch.

A ideia agora é substituir a métrica clássica da relatividade por uma versão quântica. Com isto, a curvatura do espaço-tempo deixa de ser perfeitamente definida em todos os pontos. Em vez disso, torna-se sujeita à incerteza quântica.

Um dos caminhos consiste em tentar observar fenômenos quânticos em escala macroscópica.
[Imagem: EPFL/Second Bay Studios]

q-Désica

Os pesquisadores conseguiram quantizar a métrica usando um novo método para um caso específico, porém importante: Um campo gravitacional com simetria esférica que permanece constante ao longo do tempo.

Esse modelo consegue descrever sistemas como o campo gravitacional do Sol. Os pesquisadores então calcularam como um pequeno objeto se moveria nesse campo quando a própria métrica é tratada como uma grandeza quântica.

O resultado é uma nova equação chamada equação q-désica, uma geodésica quântica, em comparação às geodésicas clássicas. "Essa equação mostra que, em um espaço-tempo quântico, as partículas nem sempre se movem exatamente ao longo do caminho mais curto entre dois pontos, como a equação geodésica clássica preveria," disse Koch.

Assim, ao examinar como objetos em movimento livre viajam pelo espaço-tempo - como uma maçã caindo em direção à Terra no espaço sideral - torna-se possível, ao menos em princípio, detectar características quânticas do próprio espaço-tempo.

O efeito Unruh pode unificar a relatividade e a mecânica quântica.
[Imagem: SIT]

Desvios nas previsões

A diferença nas previsões feitas pelas novas equações, em comparação com considerar-se apenas a gravidade clássica, é incrivelmente pequena, com desvios apenas na escala dos 10^-35 metros, algo que nenhum experimento hoje conseguiria detectar.

Contudo, quando se leva em conta a constante cosmológica da teoria de Einstein, a componente responsável pela expansão do Universo, as discrepâncias aumentam bastante. Os desvios aparecem tanto em distâncias extremamente pequenas quanto em escalas cósmicas muito grandes. As diferenças em pequena escala são provavelmente impossíveis de medir, mas a distâncias em torno de 10²¹ metros os efeitos podem se tornar substanciais.

"A princípio, eu não esperava que correções quânticas em grandes escalas produzissem mudanças tão drásticas," disse Koch. "Agora precisamos analisar isso com mais detalhes, é claro, mas isso nos dá esperança de que, desenvolvendo ainda mais essa abordagem, possamos obter uma nova compreensão, bem testável por meio de observações, de importantes fenômenos cósmicos - como o enigma ainda não resolvido das velocidades de rotação das galáxias espirais."

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