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Sobre legos que soltam puns quânticos ou a teoria da gravitação emergente

 

Cientistas também adoram bafão de novas descobertas e reviravoltas teóricas! Igual acompanhar celebridade em reality show!

Existe uma teoria da gravitação que, até então, é usada com a principal descrição dos fenômenos governados pela atração (ui!) que todos os corpos (ui, ui, ui!) sentem entre si. Em resumo, qualquer coisa que tenha matéria e/ou energia atrai e é atraída por outras coisas com matéria e/ou energia: átomos, pessoas, estrelas, abelhinhas, galáxias, etc. Claro que cada caso é um caso. Dependendo do tipo de estudo podemos fazer aproximações ou mesmo desconsiderar efeitos gravitacionais. Em outras situações, a força da gravidade é tão super intensa que, para podermos entender o quê está acontecendo, a gente não descarta nem um partezinha dos cálculos. Mas, no final das contas (ou melhor, pra fazer contas), quando falamos de gravitação, falamos na teoria de Einstein: massa e energia criam (e sentem) atração por outros objetos com massa e/ou energia.

Qual é a treta? (Porque o mundo não é mundo se não rolarem umas tretas…) As tretas no caso são fenômenos que a teoria da gravitação do Einstein (que daqui por diante vamos chamar de TGE) não consegue explicar. As tretas mais pops são a energia escura e a matéria escura. Têm outras tretas também. Tem treta que uma galera chama de treta enquanto outra galera vai dizer que é mimimi… ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Enfim, voltando as tretas! Tipo, se a gente contar tooooda a matéria e energia que existe e usarmos a TGE (sim, temos maneiras diferentes de fazer essa contagem), as cientistas e os cientistas não conseguem explicar a expansão acelerada que observam no Universo. Daí, a energia escura entra em cena como a responsável pela aceleração e o nome escura foi dado porque, a princípio, ela não é observável de nenhuma outra forma a não ser nesse contexto em que falta alguma coisa pra explicar essa aceleração…

Já a outra treta, a matéria escura, foi formulada porque quando a gente conta a matéria (a massa) nas galáxias e nos conjuntos de galáxias e comparamos com a velocidade das estrelas nessas mesmas galáxias, os cálculos da TGE não fecham e a impressão que dá é a que deveria ter mais matéria nas galáxias e afins pra justificar a velocidade das estrelas… a não ser que (música de suspense) exista uma matéria extra, uma matéria adicional, que não interage do jeito usual (a galera chama matéria usual de matéria bariônica). Eis aqui, amiguinhas e amiguinhos, que essa matéria extra é a badalada matéria escura!

E essas são duas das tretas mais tensas da física. Tem gente que procura matéria escura, tem gente que trabalha sugerindo correções na TGE e tem gente que busca novas teorias para substituir a TGE e que sejam capazes de resolver as tretas.

Tem também uma treta monumental que diz respeito ao fato da TGE e a teoria quântica não se darem muito bem. Veja, essas duas teorias (quântica e TGE) são capazes de descrever inúmeros fenômenos que observamos na Natureza e, por isso, são consideradas tipo as pedras preciosas da física, e quiça da ciência! Só que quando a gente tenta descrevê-las com a mesma formulação, o negócio dá ruim… Mas dá ruim de um jeito que mané acha que a teoria quântica não está apresentada na melhor formulação possível. Tem gente que se ler essa última frase vai ter vontade de virar a mão na minha cara (figurativamente, eu espero) e vai dizer que é óbvio que o problema é na TGE. E têm outros ainda que vão fazer facepalm e dizer que nenhuma nem outra tem formulação ideal. Mas todos vão concordar que os resultados da TGE e da teoria quântica devem ser reobtidos por qualquer teoria que ouse redescrever uma ou ambas teorias.

Nesse contexto surge a teoria das cordas. Essa teoria propõe uma unificação entre a descrição quântica e a gravitacional, na qual as partículas elementares (em descrição unidimensional) são representadas como cordas (em duas dimensões) e, assim, características como a carga e a massa são observadas do ponto de vista unidimensional enquanto uma das vibrações da corda estaria associada ao gráviton, que é a partícula quântica responsável pela força gravitacional.

Tá! Ufff… (respira!) Aí que lá por volta dos anos 90, uns caras chamados t’Hooft e Susskind estavam estudando como buracos negros perdem energia. Sim! Aquele papo de que “nada escapa de um buraco negro” não é bem assim… Buracos negros soltam uns punzinhos quânticos vez ou outra, conforme previsto pela radiação Hawking. (Ou não soltam! Mas essa não é treta pra hoje). Mas, então, foi estudando a radiação emitida pelos buracos negros que esses caras (cada um no seu quadrado) desenvolveram o princípio holográfico. Esse princípio é formulado dentro da estrutura da teoria de cordas e diz que toda a informação no Universo pode ser descrita em uma superfície de 3 dimensões. Se lembrarmos que a TGE é descrita em 4 dimensões (3 representando o espaço e 1 para o tempo), o princípio holográfico nos diz que a 4 dimensão nada mais é do que um reflexo da informação contida em outras 3: ele reduz as dimensões nas quais a informação está contida.

Do princípio holográfico sai um monte de coisas legais. Uma delas é a teoria da gravitação emergente do físico Erik Verlinde, da Universidade de Amsterdã. Em 2010 ele publicou um artigo apresentando uma nova teoria da gravitação combinando o princípio holográfico e, por consequência, a teoria de cordas. Para gente entender qual é o grande barato da teoria emergente é importante lembrar que os cientistas descrevem o mundo (tudo o que existe!) através de 4 forças fundamentais: força fraca, força forte, força eletromagnética e força gravitacional. Ou seja, para ciência, qualquer coisa que exista sente uma ou mais das forças fundamentais. Aí, Verlinde pega e diz: “olha, gente, a força da gravidade não é fundamental não. Na verdade, o espaço-tempo é formado por uns uns bloquinhos, um legos pequeninhos de informação que a gente não detecta mas que tão lá. Quando esses legozinhos de informação interagem entre si, a temperatura deles aumenta e isso gera um efeito que, em larga escala, a gente mede como interação gravitacional. Ou seja, a gravitação é apenas o efeito que emerge dos punzinhos quânticos que os legozinhos de informação soltam quando interagem uns com os outros!”. (Som de cérebros explodindo).

Infelizmente o Erik não disse isso com essas palavras (apesar de que seria muito legal) e se você quiser dar uma olhada no texto original (em inglês), clica aqui. Depois disso, no final de 2016, Erik sacudiu o mundo de novo com uma nova notícia. Ele usou a teoria emergente para calcular a velocidade das estrelas ao redor da Via Láctea e também de algumas outras estrelas em outras galáxias e encontrou resultados que estão super de acordo com as observações! E isso sem usar hipótese da matéria escura!!! Geral ficou empolgadaço! Você se lembra, né? Quando a gente tava falando das tretas lá em cima, a matéria escura é uma das tretas cabeludas que a TGE não dá conta. E, conseguir resolver isso, assim, na elegância teórica, é muito bonito. O texto original tá em inglês aqui.

Então, tá resolvido? A teoria emergente vai substituir a teoria da gravitação do Einstein? Talvez sim, talvez não. Tem muito mais angu nesse caroço. De fato alguma ideia (ou muitas) um dia servirão para explicar os fenômenos quânticos e gravitacionais através do mesmo formalismo. Mas hoje não. Pode ser que a teoria emergente dê uma boa direção às próximas pesquisas e pode ser que ela própria seja a substituta da TGE. Ou não! Por enquanto o que dá para dizer é que tem uma galera muito empolgada trabalhando nessa ideia. E era essa a fofoca que eu queria contar para vocês 🙂

O que a gente diz para uma teoria que tenta substituir a teoria da gravitação de Einstein? — Hoje não!