Seria o espaço-tempo formado por "pixels"? Este experimento tentará descobrir - Canaltech
Seria o espaço-tempo formado por "pixels"? Este experimento tentará descobrir
Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 11 de Janeiro de 2022 às 18h30
O espaço-tempo do universo pode ser uma estrutura formada por "pixels", isto é, partículas fundamentais tão pequenas que, se fossem do tamanho de um grão de areia, os átomos teriam as proporções de galáxias. A ideia de um espaço-tempo quantificável não é exatamente nova, mas cada vez mais cientistas tentam verificar se é matematicamente viável.
Tornados quânticos são observados em átomos de nuvem de gás ultracongelados
A busca por uma teoria do espaço-tempo formado por partículas fundamentais vem de outra busca, ainda mais complicada: reconciliar a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein e as leis da mecânica quântica. Ambas foram comprovadas por inúmeros e exaustivos testes, mas falham quando os cientistas tentam unificá-las.
Com a Relatividade Geral, a visão do universo foi totalmente reformulada, e aprendemos que o espaço e o tempo podem ser pensados ​​como uma unidade contínua, o espaço-tempo. A gravidade seria nada mais do que a curvatura do espaço-tempo em resposta à matéria.
A gravidade em grande escala é uma distorção no espaço-tempo em resposta à matéria, mas essa explicação não é matematicamente aplicável em escala quântica (Imagem: Reprodução/NASA)
Por outro lado, a mecânica quântica, descreve as outras três forças conhecidas do universo: eletromagnetismo, a força nuclear fraca e a força nuclear forte. Todas elas são mediadas por partículas fundamentais, também chamados de "pacotes discretos" (ou quantum, por serem quantificáveis). Por exemplo, a luz (parte da força eletromagnética) é transportada por uma partícula chamada fóton.
Para nossa visão de grandes escalas, a luz é constante, mas para a mecânica quântica as coisas são bem diferentes. Se pudermos parar o tempo e ampliar um feixe de luz até enxergarmos os fótons, talvez veríamos algo bem mais irregular e "salpicado" com minúsculos pontinhos.
O problema é que a gravidade ainda é a única força fundamental que não faz sentido no mundo quântico. Os cientistas tentam há tempos mostrar como uma partícula mediadora da gravidade poderia funcionar, mas todas as tentativas resultaram em números absurdos, como o infinito.
Espaço-tempo quantificável
A teoria do espaço-tempo modular também propõe partículas fundamentais para unificar a mecânica quântica e a Relatividade Geral (Imagem: Reprodução/Science Photo Library)
Uma das propostas "tentadoras" é que o espaço-tempo em si é formado por partículas fundamentais, incrivelmente menores que átomos. Ela sugere que o espaço-tempo, ampliado com um "super zoom", também se torna um mar espumoso de partículas.
Um dos principais obstáculos em encontrar evidências dessas partículas são as escalas incrivelmente pequenas — tão pequenas que a matemática convencional se "quebra". Mas a física teórica Kathryn Zurek e o professor de física do Caltech Rana Adhikari, se uniram para testar um novo experimento.
Esse experimento se chama Gravity from Quantum Entanglement of Space-Time (GQuEST), que se propõe detectar as conexões entre os "pixels", ou partículas, que dão origem a assinaturas no espaço-tempo. Esse detector seria tão extremo quanto as minúsculas distâncias que os cientistas precisam medir para encontrar o que estão procurando.
Os experimentos propostos por Zurek, Adhikari e seus colegas se concentram nos efeitos da gravidade quântica que podem ser observados em escalas mais "gerenciáveis". O instrumento funcionaria como um mini LIGO (o detector de ondas gravitacionais) em forma de L, disparando dois feixes de laser em direções perpendiculares.
Assim, os cientistas buscarão por um tipo específico de flutuação do espaço-tempo consistindo de partículas que surgem e desaparecem na hipotética espuma quântica do espaço-tempo — assim como fótons e outras partículas quânticas aparecem e desaparecem devido a flutuações quânticas.
Outro detalhe é que, em vez de procurar as partículas individualmente (o que seria impossível), os pesquisadores buscam "correlações de longo alcance" entre conjuntos de partículas, que resultam em assinaturas observáveis. Zurek explica que essas conexões de longo alcance são como ondulações maiores no mar do espaço-tempo, em oposição à espuma onde residem as partículas individuais.