Quase tudo o que acontece ao nosso redor pode ser explicado com apenas duas teorias físicas: a Teoria da Relatividade Geral e a Mecânica Quântica. Até hoje, todas as tentativas de unificar ambas as teorias foram infrutíferas. Mas físicos das universidades de Varsóvia e Cracóvia, ambas na Polônia, conseguiram encontrar a chave que poderia, finalmente, unificá-las. Se eles estiverem certos, estaríamos diante da maior revolução da Física, a tão sonhada “unificação. Antes de ver como eles fizeram isso, no entanto, vamos contextualizar.
As duas grandes teorias da Física
No início do século XX, surgiram as duas teorias com as quais os físicos são capazes de explicar o funcionamento do Universo, tanto em grande escala (Relatividade Geral) quanto na escala atômica (Mecânica Quântica).
A Teoria da Relatividade Geral
A primeira foi concebida por Albert Einstein e divulgada ao resto do mundo entre 1915 e 1916.
A Teoria da Relatividade Geral está ligada à Lei da Gravitação Universal que Sir Isaac Newton ditou em 1687, mas vai muito além. Ela estabelece que o espaço e o tempo são dimensões com igual consideração e que a atração gravitacional não é uma força como tal, mas uma perturbação ou deformação da geometria da estrutura espaço-tempo, produzida pela massa.
Quanto maior a massa, maior a deformação ou, o que é o mesmo em termos newtonianos, maior a atração. Os objetos mais maciços conhecidos são os buracos negros e, portanto, são os que mais distorcem o espaço-tempo e produzem maior atração gravitacional.
Uma das revelações mais interessantes da teoria é que os astros ou objetos seguem sempre linhas “retas”, mas estas podem estar imersas em geometrias curvas, e essa curvatura é gerada por objetos com massa.
Um exemplo clássico para entender esse conceito é o seguinte: se eu estiver na superfície da Terra e quiser ir do Polo Norte ao Polo Sul, o caminho mais curto será uma linha reta seguindo um meridiano, mas será que ela é realmente reta? Se outra pessoa estiver me observando do espaço, verá que o que estou percorrendo é na verdade uma curva, porque a superfície sobre a qual me desloco é uma curva, a superfície terrestre. Essas “linhas retas” ou de menor comprimento entre dois pontos são chamadas de geodésicas.
A Mecânica Quântica
No outro extremo encontramos a Mecânica Quântica. Essa teoria começou a ser desenvolvida no final do século XIX, quando o físico alemão Max Planck propôs que a radiação eletromagnética era absorvida e emitida pela matéria em quantidades fracionárias e finitas, que ele chamou de “quanta”, explicando assim o padrão de radiação do corpo negro e os espectros de absorção/emissão, entre outros fenômenos.
Nas teorias anteriores a esta, a energia era tratada como uma magnitude contínua, o que nesta teoria é substituído por uma energia “quantizada”.
Embora Einstein, detrator confesso da teoria quântica, tenha usado o conceito de quantum para explicar o efeito fotoelétrico em 1905, foi só depois de 1920 que essa teoria começou a ser desenvolvida, um processo no qual participaram grandes mentes como Louis de Broglie, Erwin Schrödinger e Werner Heisenberg, entre outros. Seus postulados explicam o comportamento da matéria em escalas atômicas e subatômicas, bem como as interações nessas escalas, exceto a gravitacional.
A Equação de Schrödinger tem na Mecânica Quântica o papel que as Leis de Newton e a conservação da energia têm na Mecânica Clássica. Ela descreve como um sistema quântico não relativista evolui ao longo do tempo. No caso relativista, se a velocidade da partícula é comparável à velocidade da luz, deve-se recorrer a outras equações mais complexas, como a de Dirac ou a de Klein-Gordon.
A incompatibilidade das duas teorias
Se essas duas teorias funcionam tão bem em seus domínios, por que não podem ser aplicadas satisfatoriamente ao mesmo sistema? A principal diferença entre elas é que a primeira é determinista e a segunda probabilística, e isso as torna (ou tornava) incompatíveis.
Tentativas de unificação
Talvez a teoria de unificação mais conhecida pelo grande público seja a Teoria das Cordas, já que Sheldon Cooper, na série The Big Bang Theory trabalhava nela e a defendia com unhas e dentes. Ela se baseia na suposição de que as partículas fundamentais não são partículas sem estrutura interna, mas estados vibracionais de um objeto mais básico chamado “corda”.
Cada partícula se manifesta por meio de um estado vibracional diferente da corda. Para que funcione, além das quatro dimensões clássicas (três espaciais e uma temporal), são necessárias mais seis, inobserváveis na prática, embora, se pudessem ser observadas, isso não seria nenhum inconveniente.
A segunda teoria unificadora que tem mais adeptos é a Gravidade Quântica de Laços ou de Bucles, defendida em The Big Band Theory por Leslie Winkle, conhecida arqui-inimiga de Sheldon Cooper. Embora ainda esteja incompleta, ela já obteve alguns sucessos. Ela propõe que o espaço-tempo tem uma estrutura discreta em escalas minúsculas, da ordem do comprimento de Planck.
Outras teorias que buscam a unificação da Relatividade Geral e da Mecânica Quântica são a Supergravidade, a Teoria das Supercordas, a Teoria M, a Teoria da Gravidade Emergente, a Teoria da Gravidade Quântica Assintoticamente Segura, a Geometria Não Comutativa, a Teoria Twistorial, a Gravidade Quântica Induzida ou a Teoria das Variáveis Quânticas Gravitacionais.
Todas elas trabalham na linha de quantificar a Relatividade Geral para que funcione em escalas atômicas e, embora algumas delas tenham obtido sucesso, ainda estão longe de se tornar a “Teoria de Tudo”.
Ferramenta para unificação: o Tensor Alena
A maior parte dos esforços realizados na busca por uma teoria da gravidade quântica tem se concentrado, até agora, em tentar quantificar a gravidade.
No entanto, a pedra filosofal da proposta publicada pelos físicos das universidades de Varsóvia e Cracóvia é um tensor que eles chamaram de “Tensor Alena”. Ela adota uma abordagem completamente oposta: transforma o espaço-tempo curvo em um espaço-tempo plano (como esticar a casca de uma laranja) de forma que os resultados da Relatividade Geral sejam mantidos matematicamente e, em seguida, aplica a este espaço plano as ferramentas conhecidas da mecânica quântica.
No artigo, os autores derivam as equações quânticas que descrevem o sistema físico completo, incluindo todas as forças.
Acontece que essas equações coincidem com as três principais equações quânticas conhecidas até agora, e esse fato leva a uma conclusão completamente inesperada: a gravidade está presente na mecânica quântica desde o início e não tínhamos percebido isso.
Tos esse trabalho continuará, e continuaremos contando esta história.
