Desafio de unir duas grandes teorias da física
Um dos maiores desafios não resolvidos da física moderna é unir duas teorias poderosas que descrevem partes muito diferentes da realidade. A teoria quântica explica o comportamento de partículas extremamente pequenas com precisão notável. Além disso, a teoria geral da relatividade de Einstein descreve a gravidade e o movimento de planetas, estrelas e galáxias. Entretanto, apesar do sucesso dessas duas estruturas, elas ainda não se alinham completamente.
Buscando uma unificação definitiva
Físicos propuseram várias maneiras de fundir essas teorias em uma só. Por exemplo, teorias como a teoria das cordas, gravidade quântica em loop, gravidade quântica canônica e gravidade assintoticamente segura tentam preencher essa lacuna. Cada abordagem apresenta vantagens e limitações. Portanto, o que falta até agora é um efeito observável claro que experimentos possam medir para determinar qual teoria reflete melhor o funcionamento da natureza.
Um novo estudo da TU Wien pode representar um avanço importante para resolver esse problema.
Procurando o “sapato” da gravidade quântica
“É como o conto da Cinderela,” explica Benjamin Koch, do Instituto de Física Teórica da TU Wien. “Existem vários candidatos, mas só um pode ser a princesa que buscamos. Só quando o príncipe encontra o sapato pode identificar a verdadeira Cinderela. Na gravidade quântica, infelizmente ainda não encontramos esse sapato — um observável que indique claramente qual teoria está correta.”
Geodésicas: o caminho para testar as teorias
Para encontrar o “tamanho do sapato”, ou seja, uma forma mensurável de testar diferentes teorias, os pesquisadores focaram em um conceito central da relatividade chamado geodésicas. “Praticamente tudo o que sabemos sobre a relatividade geral depende da interpretação das geodésicas,” afirma Koch.
Uma geodésica é o caminho mais curto entre dois pontos. Em uma superfície plana, esse caminho é uma linha reta. Por outro lado, em superfícies curvas, a situação se complica. Por exemplo, ao viajar do Polo Norte ao Polo Sul pela superfície da Terra, o trajeto segue um semicírculo, a rota mais curta em uma esfera.
A teoria de Einstein une espaço e tempo em uma única estrutura quadridimensional chamada espaço-tempo. Objetos massivos, como estrelas e planetas, curvam esse espaço-tempo. Essa curvatura faz com que a Terra orbite o Sol, pois a massa do Sol distorce o espaço-tempo e molda o caminho que a Terra segue.
Criando uma versão quântica dos caminhos no espaço-tempo
A forma exata dessas trajetórias depende do chamado métrico, que mede a intensidade da curvatura do espaço-tempo. “Agora, podemos tentar aplicar as regras da física quântica a esse métrico,” explica Koch. “Na física quântica, partículas não possuem posição nem momento perfeitamente definidos. Ambos são descritos por distribuições de probabilidade. Quanto mais preciso é um deles, mais incerto e impreciso fica o outro.”
A teoria quântica substitui as propriedades precisas das partículas por objetos matemáticos conhecidos como funções de onda. De forma semelhante, os físicos podem tentar substituir o métrico clássico da relatividade por uma versão quântica. Caso isso ocorra, a curvatura do espaço-tempo deixa de ser perfeitamente definida em cada ponto e passa a sofrer incertezas quânticas.
Isso gera problemas matemáticos extremamente complexos.
Benjamin Koch, junto do aluno de doutorado Ali Riahinia e Angel Rincón (República Tcheca), conseguiu quantizar o métrico usando um método novo para um caso específico, mas importante: um campo gravitacional esfericamente simétrico e constante no tempo.
Esse modelo pode descrever sistemas como o campo gravitacional do Sol. Além disso, os pesquisadores calcularam como um pequeno objeto se moveria nesse campo quando submetido a incertezas quânticas na métrica.
Implicações e próximos passos
Os resultados sugerem que as partículas podem não seguir exatamente os caminhos previstos pela relatividade geral de Einstein. Portanto, essa descoberta abre uma nova possibilidade para testar teorias de gravidade quântica experimentalmente.
Além disso, essa abordagem pode impactar áreas como a terapia celular contra o câncer, onde entender fenômenos quânticos e gravitacionais pode trazer avanços.
Também vale a pena conferir mais sobre a doença renal para compreender como diferentes áreas da ciência podem se conectar.
Matéria original: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260308201613.htm
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