Uma teoria unificada de tudo é o Santo Graal da física, mas a gravidade se recusa a fazer parte dela. Agora, uma teoria recentemente proposta tenta unificar a teoria da gravidade de Einstein com a mecânica quântica - e, mais importante, descreve uma forma de testá-la experimentalmente.

Ao longo do último século, a física quântica fez um trabalho notável ao descrever o mundo microscópico das partículas e dos átomos. Abrange três das quatro forças fundamentais do universo – a força eletromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. Mas apesar de algumas das mentes mais brilhantes trabalharem nisso, os cientistas simplesmente não conseguem introduzir o quarto pilar: a gravidade.

Até o momento, o modelo mais preciso para descrever a gravidade é a teoria geral da relatividade de Einstein. A teoria afirma que a força gravitacional que sentimos e observamos é um efeito colateral da estrutura do espaço-tempo e da massa que nele repousa. Pense nisso como um tapete de trampolim com uma bola de boliche em cima - o peso da bola cria uma depressão no tapete. No universo, o “tapete” é o espaço-tempo, e a “bola de boliche” são corpos celestes massivos, como estrelas. Se você colocar uma bola menor em um tapete, ela rolará ao longo das reentrâncias em direção à bola maior, semelhante à forma como experimentamos a gravidade. Ou, se você rolar uma bola de tênis com rapidez suficiente, ela rolará em torno dessa depressão de maneira semelhante à forma como a Terra orbita o sol.

Este diagrama descreve o espaço-tempo como uma “almofada” e mostra como a massa de um objeto faz com que o espaço-tempo se dobre numa “ondulação” – quanto maior a massa, mais profundo é o mergulho ESA-C. Carreau

Nos últimos 100 anos, esta teoria da gravidade resistiu basicamente a todos os testes que os cientistas colocaram à prova. Na verdade, novas descobertas continuam a confirmar as suas previsões, como a detecção de ondas gravitacionais em 2015.

O problema é que esta história não combina bem com as outras três forças fundamentais. Cada uma das forças fundamentais pode ser descrita de forma bastante sucinta usando a mecânica quântica, com interações mediadas por partículas portadoras de força específicas. Por exemplo, os fótons são as partículas transportadoras da força eletromagnética. Portanto, os cientistas estudaram a teoria da "gravidade quântica" e procuraram por suas postuladas partículas transportadoras (chamadas "grávitons"), mas até agora todos os experimentos não encontraram nada.

O próprio espaço-tempo também precisa ser “quantizado” ou dividido em suas partes componentes. Isso é exatamente o que a infame teoria das cordas faz, assim como a gravidade quântica em loop, que atualmente é considerada a pioneira. Mas, novamente, nenhum dos conceitos parece se adequar tão bem quanto a teoria de Einstein.

O professor Jonathan Oppenheim, da University College London (UCL), tem a opinião oposta num novo estudo - ele propõe que, afinal, o espaço-tempo segue a física clássica e é a teoria quântica que precisa de ser modificada. Ele chama isso de “teoria pós-quântica da gravidade clássica”.

Em essência, Oppenheim combinou sistemas clássicos e quânticos, preservando cada sistema. Assim, por exemplo, os sistemas clássicos ainda estão protegidos contra sinalização mais rápida que a luz, enquanto o princípio da incerteza ainda não é violado nos sistemas quânticos. Einstein gostava que tudo fosse determinístico – isto é, se você tiver informações suficientes sobre um sistema, poderá usar seu estado atual para deduzir qualquer estado específico em seu passado ou futuro. Esse não é o caso da teoria híbrida de Oppenheim – em vez disso, só é possível calcular a probabilidade de um determinado estado ocorrer no futuro.

A teoria prevê algumas coisas interessantes que podem ofender muitos físicos. Por exemplo, descobriu-se que os buracos negros podem destruir informação quântica – algo considerado impossível na teoria quântica e pode ser suficiente para alguns rejeitarem toda a teoria.

Impressão artística de um experimento para encontrar flutuações no espaço e no tempo pesando massas com precisão Isaac Young

Mas o mais importante é que temos maneiras de testar esta teoria pós-quântica da gravidade clássica. Se o espaço-tempo fosse clássico, então flutuaria aleatoriamente, fazendo com que a massa dos objetos mudasse ligeiramente ao longo do tempo. A equipe sugere um experimento no qual medições muito precisas de um objeto – como o Protótipo Internacional de Quilogramas – poderiam revelar se o espaço-tempo é clássico ou quântico.

Zach Weller-Davies, co-autor do estudo, disse: "Tanto na gravidade quântica quanto na clássica, o espaço-tempo deve estar flutuando descontroladamente e aleatoriamente ao nosso redor, mas as flutuações estão em uma escala que ainda não podemos detectar. Mas se o espaço-tempo é clássico, então as flutuações devem ser maiores do que uma certa escala, e esta escala pode ser determinada por outro experimento. Neste experimento, podemos testar por quanto tempo podemos deixar átomos pesados ​​​​se sobreporem em dois locais diferentes. "

A nova teoria provavelmente não será amplamente aceita imediatamente, se for o caso, mas pelo menos fornece uma nova maneira interessante de pensar sobre a gravidade e o espaço-tempo. Estas experiências poderão em breve descartá-la, acrescentando-a ao vasto cemitério de ideias científicas estranhas da história - ou poderão provar que é tão fundamental como a teoria de Einstein.

A pesquisa foi publicada em dois artigos, um na Physical Review X e outro na Nature Communications.