A gravidade pode ser criada por flashes estranhos no reino quântico

Um modelo de como as ondas são formadas por sistemas quânticos em colapso revela uma forma de criar campos gravitacionais, e talvez até mesmo conciliar os dois pilares da física moderna.

Por: Anil Ananthaswamy 

Traduzido e adaptado por: Felipe Sérvulo

Como você conciliaria os dois pilares da física moderna: a teoria quântica e a gravidade? Um ou ambos terão de ceder. Uma nova abordagem diz que a gravidade poderia emergir de flutuações aleatórias no nível quântico, tornando a mecânica quântica a mais fundamental das duas teorias.

Das duas principais explicações da realidade, a teoria quântica rege as interações entre os mais pequenos pedaços de matéria. E a relatividade geral lida com a gravidade e as maiores estruturas no Universo. Desde Einstein, os físicos têm tentado fazer a ponte entre as duas, com pouco sucesso.

Parte do problema é saber qual fios de cada teoria são fundamentais para a nossa compreensão da realidade.

Uma abordagem para reconciliar a gravidade com a mecânica quântica é mostrar que a gravidade, em sua forma mais fundamental, vem em parcelas indivisíveis denominadas quanta, muito parecido os quanta que geram a força eletromagnética, chamados fótons. Mas este caminho para uma teoria quântica da gravidade até agora provou-se intransponível.

Agora, Antoine Tilloy do Instituto Max Planck de Óptica Quântica em Garching, Alemanha, tentou abordar a gravidade através de ajustes na mecânica quântica padrão.

Na teoria quântica, o estado de uma partícula é descrita por sua função de onda. A função de onda permite calcular, por exemplo, a probabilidade de encontrar a partícula em um lugar aleatório no espaço durante a medição. Antes da medição, não está claro se a partícula existe, ou onde ela se situa, caso ela exista. A realidade, ao que parece, é criada pelo ato de medição, que “colapsa” a função de onda.

Mas a mecânica quântica realmente não define o que uma medição é. Por exemplo, ele precisa de um ser humano consciente? O problema da medição leva a paradoxos como o gato de Schrödinger, em que um gato pode estar simultaneamente vivo e morto dentro de uma caixa, até que alguém abra e observa o interir da caixa.

Uma solução para tais paradoxos é um chamada modelo GRW que foi desenvolvido no final de 1980. Incorpora “flashes”, que são colapsos aleatórios espontâneos da função de onda de sistemas quânticos. O resultado é exatamente como se não houvesse as medições sendo feitas, mas sem observadores explícitos.

Tilloy modificou este modelo para mostrar como ele pode levar a uma teoria da gravidade. No seu modelo, um flash recolhe uma função de onda e faz com que uma partícula que esteja em um lugar crie um campo gravitacional, naquele instante no espaço-tempo. Um sistema quântico enorme, com um grande número de partículas, está sujeito a inúmeros flashes, e o resultado é um campo gravitacional flutuante.

“Um colapso espontâneo em um sistema quântico cria um campo gravitacional naquele instante no espaço-tempo”

Acontece que a média destas flutuações é um campo gravitacional que se espera de teoria da gravidade de Newton (arxiv.org/abs/1709.03809). Esta abordagem, que unifica a gravidade com a mecânica quântica, é chamada de semiclássica: a gravidade surge de processos quânticos, mas continua sendo uma força clássica. “Não não há nenhuma razão real para ignorar esta abordagem semiclássica, tendo a gravidade sendo clássica no nível fundamental”, diz Tilloy.

“Eu gosto dessa ideia, em princípio”, disse Klaus Hornberger na Universidade de Duisburg-Essen, na Alemanha. Mas ele ressalta que outros problemas devem ser enfrentados antes que esta abordagem possa ser um sério candidato para unificar todas as forças fundamentais que sustentam as leis da física em escalas grandes e pequenas. Por exemplo, o modelo de Tilloy pode ser usado para obter a gravidade como descrita pela teoria de Newton, mas a matemática ainda tem de ser trabalhada para ver se ela é eficaz em descrever a gravidade como regida pela teoria da relatividade geral de Einstein.

Tilloy concorda. “É muito difícil generalizar isto para as configurações relativistas”, diz ele. Ele também adverte que ninguém sabe qual dos muitos ajustes para a mecânica quântica é o correto.

No entanto, seu modelo faz previsões que podem ser testadas. Por exemplo, ele prevê que a gravidade vai se comportar de forma diferente na escala atômica da mesma forma que que ela faz em escalas maiores. Caso esses testes comprovem o modelo de Tilloy, e que de fato, a gravidade e a realidade se originam do colapso de flutuações quânticas, seria um grande indício de que o caminho para uma teoria de tudo que envolveria a gravidade semiclássica.

Via: NewScientist