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Pesquisadores da Universidade Aalto propõem uma nova teoria quântica da gravidade que pode unir as forças fundamentais da natureza e ajudar a explicar fenômenos como buracos negros e o Big Bang.
Uma nova proposta teórica pode mudar como entendemos o Universo. Pesquisadores da Universidade Aalto, na Finlândia, anunciaram o desenvolvimento de uma teoria quântica da gravidade compatível com o Modelo Padrão da física de partículas.
A proposta, publicada no Reports on Progress in Physics, busca unificar conceitos até hoje considerados incompatíveis.
A busca por uma Teoria de Tudo
A física moderna ainda enfrenta obstáculos para explicar completamente o funcionamento do Universo.
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Um dos principais desafios é criar uma teoria que una a teoria quântica de campos, que descreve o mundo das partículas subatômicas, com a relatividade geral, que explica a gravidade e os corpos celestes.
A nova proposta tenta resolver essa questão.
Segundo o Dr. Mikko Partanen, um dos autores do estudo, caso a teoria evolua para uma formulação quântica de campo completa da gravidade, ela poderá, no futuro, oferecer respostas para problemas complexos como as singularidades presentes nos buracos negros e no Big Bang.
Essa teoria unificadora é conhecida entre os cientistas como a “Teoria de Tudo”.
Ela poderia explicar fenômenos até hoje pouco compreendidos, como o motivo de existir mais matéria do que antimatéria no Universo observável.
Gravidade como teoria de gauge
O ponto de partida dos pesquisadores foi reinterpretar a gravidade como um campo de gauge, uma estrutura teórica onde as forças são descritas por campos que mediam interações entre partículas.
“O campo de medida mais conhecido é o campo eletromagnético”, afirmou o Dr. Jukka Tulkki. “Quando partículas eletricamente carregadas interagem, elas fazem isso por meio do campo eletromagnético.”
Seguindo essa lógica, partículas com energia deveriam interagir por meio do campo gravitacional.
A ideia dos pesquisadores foi construir uma teoria de gauge com simetrias semelhantes às do Modelo Padrão, em vez de seguir a abordagem tradicional baseada na simetria espaço-temporal da relatividade geral.
Incompatibilidades persistem há décadas
O Modelo Padrão consegue descrever com sucesso três das quatro forças fundamentais da natureza: a eletromagnética, a nuclear fraca e a nuclear forte. No entanto, ele não inclui a gravidade.
Já a relatividade geral, proposta por Einstein, é uma teoria clássica.
Ela funciona muito bem para descrever corpos de grande massa e os efeitos gravitacionais em escalas maiores, mas não consegue lidar com o mundo quântico.
“Sem essa teoria, os físicos não podem conciliar nossas duas teorias mais poderosas”, ressaltou Partanen.
Ambas já foram confirmadas por meio de experimentos com altíssimo nível de precisão, mas continuam incompatíveis entre si.
Desafios na renormalização
A proposta dos cientistas da Universidade Aalto usa um procedimento matemático chamado renormalização. Esse processo serve para eliminar os infinitos que surgem nos cálculos de teorias quânticas.
“Até agora mostramos que isso funciona para os chamados termos de primeira ordem”, disse Tulkki. Mas ele alerta que é preciso estender essa verificação. “Se a renormalização não funcionar para termos de ordem superior, você obterá resultados infinitos.”
Por isso, o próximo passo da pesquisa será demonstrar que o método é válido para todos os níveis de cálculo. “Ainda precisamos fazer uma prova completa, mas acreditamos que é muito provável que tenhamos sucesso”, declarou o pesquisador.
O interesse da pesquisa
O interesse pela gravidade quântica vai além do campo teórico.
Compreender como ela funciona pode revelar o que acontece nas condições extremas do Universo, como nas proximidades de buracos negros ou nos instantes iniciais do Big Bang.
“Essas são as condições onde as teorias existentes na física param de funcionar”, explicou Partanen. Para ele, o trabalho tem grande potencial. “Da mesma forma que a compreensão da gravidade abriu caminho para a criação do GPS, essa teoria pode abrir novos horizontes.”
Cautela e continuidade
Apesar do entusiasmo, os próprios autores ressaltam que o trabalho ainda está em andamento. A teoria proposta precisa ser testada e validada por outros cientistas.
“Sempre fascinados pelas grandes questões da física, descobrimos uma nova abordagem baseada na simetria para a teoria da gravidade”, disse Partanen. “Ainda há desafios pela frente, mas com tempo e esforço, esperamos superá-los.”
Por enquanto, a comunidade científica acompanha com atenção. “Não posso dizer quando, mas posso dizer que saberemos muito mais sobre isso em alguns anos”, concluiu o físico.
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