Há cem anos, o físico austríaco Erwin Schrödinger formulou a equação que viria a ser um dos pilares da mecânica quântica. Esta equação permite calcular a função de onda de um sistema e prever a sua evolução ao longo do tempo, sendo fundamental para compreender o comportamento das partículas à escala subatómica. No entanto, um dos maiores desafios da física moderna persiste: como conciliar este mundo quântico com a teoria da relatividade geral de Albert Einstein?
Agora, uma equipa de físicos da Universidade Estatal de Utah (USU) pode ter dado um novo passo para resolver este enigma, desenvolvendo um teste inovador baseado no princípio holográfico.
O gato que está vivo e morto ao mesmo tempo
Para perceber a estranheza do mundo quântico, basta lembrar a famosa experiência mental do "gato de Schrödinger". Imagine um gato fechado numa caixa com um dispositivo que tem 50% de hipótese de libertar um veneno, acionado por um evento quântico. Até a caixa ser aberta, as regras quânticas ditam que o gato está simultaneamente vivo e morto, um estado conhecido como "superposição". Só o ato de observar força o sistema a assumir um estado definitivo.
Este paradoxo ilustra a dificuldade em unir a mecânica quântica, que rege o muito pequeno, e a relatividade geral, que descreve a gravidade e a estrutura do espaço-tempo em escalas cósmicas. "A mecânica quântica e a relatividade geral são os dois pilares da física moderna", afirma Abhay Katyal, estudante de doutoramento na USU. "O desafio é que, há mais de meio século, os cientistas têm lutado para reconciliar estas duas teorias". A tentativa de as unificar é conhecida como a busca por uma teoria da gravidade quântica.
Uma janela holográfica para a gravidade quântica
Como os testes experimentais para a gravidade quântica exigem energias e escalas que a tecnologia atual não consegue alcançar, os físicos teóricos recorrem a modelos matemáticos precisos. A equipa da USU, composta por Katyal, Oscar Varela e Ritabrata Bhattacharya, utilizou o "princípio holográfico" como ferramenta central. Este princípio sugere que a descrição de um volume de espaço pode ser codificada na sua fronteira, tal como um holograma 2D contém informação 3D.
Segundo a Universidade Estatal de Utah, os investigadores apresentaram uma nova aferição da supergravidade máxima em cinco dimensões espácio-temporais. Este trabalho inovador emerge de um processo complexo conhecido como truncatura consistente da Teoria-M, uma candidata a uma "teoria de tudo".
As suas conclusões, publicadas na revista científica Physical Review Letters, permitiram à equipa determinar holograficamente o espectro completo e universal de operadores numa teoria dual de quatro dimensões. Mais impressionante ainda, os seus cálculos do índice superconforme da teoria de campo dual coincidiram exatamente com resultados teóricos anteriores, validando a sua abordagem.
Para Oscar Varela, professor associado e mentor de Katyal, esta abordagem matemática é o equivalente a um aparelho experimental. "Pode ser usada para fazer previsões sobre o mundo físico", explica. Embora a teoria unificada continue a ser um dos maiores mistérios da ciência, este trabalho representa um passo crucial, fornecendo um novo e rigoroso teste para as teorias que tentam descrever as leis fundamentais da natureza.
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