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O que é gravidade quântica? Os cientistas acham que isso poderia explicar o início do nosso universo
Os cientistas redefiniram a gravidade para explicar o Big Bang e talvez mudar a nossa imagem dos primeiros momentos do cosmos. Esta nova estrutura de “gravidade quântica” pode explicar aspectos do Big Bang que a teoria da gravidade de Albert Einstein de 1915, a relatividade geral, não consegue explicar – talvez até eliminando o conceito desafiador de uma singularidade existente antes do surgimento do universo.
Provar o conceito de gravidade quântica é uma espécie de Santo Graal para os físicos, pois preencheria a lacuna entre a explicação que temos do universo em vastas escalas cósmicas (relatividade geral) e em escalas minúsculas (física quântica).
“A relatividade geral funciona extraordinariamente bem em muitos cenários, mas quando a remontamos ao Big Bang e a aplicamos ao interior dos buracos negros, ela prevê uma singularidade: um momento em que a densidade, a curvatura e a temperatura se tornam formalmente infinitas. Isso geralmente é um sinal de que a teoria está sendo levada além de onde pode ser confiável”, disse Afshordi ao Space.com. “Em outras palavras, a relatividade geral é provavelmente incompleta para descrever os primeiros momentos do universo, quando os efeitos quânticos também deveriam importar.”
Expandindo a imagem padrão da relatividade geral
Afshordi explicou que na imagem padrão do Big Bangos cientistas geralmente começam com a teoria da gravidade de Einstein e depois adicionam ingredientes extras para explicar os primeiros momentos do universo, mais notavelmente um hipotético “campo de inflação” para explicar a rápida expansão inicial do cosmos.”
Nossa abordagem pergunta se parte desse comportamento do universo primitivo poderia vir diretamente da própria gravidade, uma vez que a gravidade é estendida de uma forma que permanece melhor comportada em energias extremamente altas, “disse ele.” Então, em vez de tratar o Big Bang como um ponto onde nossas equações falham e depois remendar isso com suposições adicionais, estudamos uma teoria na qual a gravidade já contém os ingredientes necessários para descrever essa fase ultra-inicial de forma mais consistente. Isto é o que os físicos chamam de conclusão ultravioleta: uma teoria que permanece completa e autoconsistente mesmo em energias arbitrariamente altas.”
A extensão da gravidade quântica consistente da equipe recupera um modelo de inflação cósmica inicial, ao mesmo tempo que remove potencialmente o conceito preocupante de uma singularidade inicial.
“Nosso modelo se ajusta muito bem aos dados atuais, em alguns casos melhor do que muitos modelos inflacionários padrão”, disse Afshordi. “O que mais me surpreendeu foi a forma como surgiu naturalmente uma fase semelhante à da inflação, uma vez que a teoria foi tratada numa estrutura consistente de alta energia, ou ultravioleta completa. Muitas vezes pensamos na inflação como algo que deve ser adicionado à gravidade, por isso é surpreendente que ela possa, em vez disso, surgir da própria gravidade. De forma mais ampla, foi encorajador ver que uma extensão relativamente mínima da teoria de Einstein já poderia percorrer um longo caminho para resolver o profundo problema das nossas origens cósmicas.”
O pesquisador acrescentou que o próximo passo da equipe é aprimorar as previsões observacionais do modelo e compará-las cuidadosamente com dados futuros.
“Existem duas direções principais. A primeira é teórica: queremos compreender o quadro de forma mais completa e testar o quão robustas são as conclusões para além do cenário simplificado que estudamos”, continuou Afshordi. “A segunda é observacional: queremos elaborar previsões mais claras para as ondas gravitacionais primordiais e outras relíquias do universo primitivo. Isso ajudará a determinar se esta ideia pode ser distinguida dos modelos mais convencionais de inflação.”
Evidências observacionais para ajudar a confirmar a teoria da equipe poderiam vir de alguns dos sinais observáveis mais antigos do universo, especialmente pequenas ondulações no espaço e no tempo chamadas ondas gravitacionais primordiais, bem como impressões sutis em um fóssil cósmico chamado fundo cósmico de microondas (CMB), um remanescente da primeira luz do universo. “Estas estão entre as poucas sondas que podem nos dizer diretamente sobre a física em tempos extremamente antigos”, disse Afshordi. “Se observações futuras detectarem o padrão correcto das ondas gravitacionais primordiais, ou outras marcas distintivas na CMB, isso poderá fornecer uma forma de testar se esta imagem do Universo primitivo está correcta, ou se é necessária uma explicação mais convencional.”
A pesquisa da equipe foi publicada na revista Cartas de revisão física.
