"A astronomia tem sido uma ferramenta de descoberta desde os primórdios da civilização. Por milhares de anos, os humanos usavam as estrelas para navegar e encontrar o seu lugar no universo", disse o físico EIC Perlman na Florida Institute of Technolgy em um post no da NASA Chandra Blog X-Ray Observatory ."Astronomia possibilitou as viagens dos antigos polinésios através do Oceano Pacífico, bem como medições de tamanho e forma da Terra pelos gregos antigos. Hoje, procurar astrônomos para dicas sobre o que o universo como era quando o universo era muito mais jovem. Então, imagine , por um segundo, o que seria a vida - e quanto menos nós sabemos sobre nós mesmos e do universo -. Se a natureza microscópica do espaço-tempo fez algumas destas medidas impossíveis "
A nossa experiência do espaço-tempo é que de um objeto contínuo, sem lacunas ou descontinuidades, tal como é descrita pela física clássica. Em alguns modelos de gravidade quântica no entanto, a textura de espaço-tempo é "granular" em escalas pequenas (abaixo do chamado escala de Planck, 10-33 cm), como se fosse uma malha variável de sólidos e vazios (ou um complexo espuma). Um dos grandes problemas da física de hoje é entender a passagem de um contínuo para uma descrição discreta do espaço-tempo: existe uma mudança abrupta ou existe transição gradual? Onde é que a mudança ocorra?
A separação entre um mundo e outro cria problemas para os físicos: por exemplo, como podemos descrever a gravidade - explicou tão bem pela física clássica - de acordo com a mecânica quântica? gravidade quântica é na verdade um campo de estudo em que não existem teorias consolidadas e compartilhados por enquanto. Há, no entanto, "cenários", que oferecem interpretações possíveis do quantum sujeitas a gravidade para diferentes restrições, e que aguardar a confirmação experimental ou refutação.
Um dos problemas a serem resolvidos a este respeito é que, se o espaço de tempo é granular para além de uma certa escala, significa que há uma "escala de base", uma unidade fundamental que não pode ser dividido em qualquer coisa menor, uma hipótese que choca com A teoria de Einstein da relatividade especial.
Imagine segurando uma régua na mão: de acordo com a relatividade especial, a um observador que se move em linha reta a uma velocidade constante (perto da velocidade da luz) em relação a você, o governante parece mais curto. Mas o que acontece se o governante tem o comprimento da escala fundamental? Para a relatividade especial, a régua ainda parece mais curto do que esta unidade de medida. A relatividade especial é, portanto, manifestamente incompatível com a introdução de um grão básico de espaço-tempo. Sugerindo a existência desta escala básica, dizem os físicos, significa violar a invariância de Lorentz, o princípio fundamental da relatividade especial.
Então, como pode os dois se reconciliar? Os físicos podem hipótese de violações de invariância de Lorentz, mas tem que satisfazer as restrições muito rígidas (e esta tem sido a abordagem preferida até agora), ou eles devem encontrar uma maneira de evitar a violação e encontrar um cenário que é compatível tanto com granularidade e especial relatividade. Este cenário é, de fato implementado por alguns modelos de gravidade quântica como String Theory Campo e Causal Set Theory.
O problema a ser resolvido, no entanto, foi como testar suas previsões experimentalmente, dado que os efeitos destas teorias são muito menos aparente do que são as dos modelos que violam a relatividade especial. Uma solução para este impasse já foi apresentada por Stefano Liberati, professor SISSA, e colegas em sua última publicação. O estudo foi realizado com a participação de pesquisadores da lente em Florença (Francesco Marin e Francesco Marino) e do INFN em Pádua (Antonello Ortolan). A pesquisa foi financiada por uma bolsa da Fundação John Templeton.
"Nós respeitamos a invariância de Lorentz, mas tudo tem um preço, que neste caso é a introdução de efeitos não-locais", comenta Liberati. O cenário estudado por Liberati e seus colegas na verdade salva relatividade especial, mas introduz a possibilidade de que a física em um determinado ponto do espaço-tempo pode ser afetado pelo que acontece não só na proximidade com esse ponto, mas também em regiões muito longe disso. "É claro que não violam a causalidade nem nós pressupõe informações que viaja mais rápido do que a luz", destaca o cientista. "Temos, no entanto, introduzir uma necessidade de conhecer a estrutura global de modo a compreender o que está acontecendo em um nível local".
Há outra coisa que faz Liberati e colegas "modelo quase único, e sem dúvida altamente preciosa: é formulada de modo a tornar o teste experimental possível."Para desenvolver o nosso raciocínio, trabalhamos lado a lado com os físicos experimentais da Florença LENS. Estamos na verdade já a trabalhar no desenvolvimento das experiências". Com estas medidas, Liberati e colegas pode ser capaz de identificar o limite, ou zona de transição, em que o espaço de tempo torna-se granular e física não local.
"No LENS eles estão agora a construir um oscilador harmônico quântico: um chip de silício pesando alguns microgramas, que depois de ser resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto, é iluminado com uma luz laser e começa a oscilar harmonicamente", explica Liberati. "Nosso modelo teórico acomoda a possibilidade de testar os efeitos não-locais sobre objetos quânticos com uma massa não desprezível". Este é um aspecto importante: um cenário teórico que é responsável por efeitos quânticos sem violar a relatividade especial também implica que estes efeitos em nossas escalas deve, necessariamente, ser muito pequeno (caso contrário, já teria observado-los). A fim de testá-los, precisamos ser capazes de observá-los de alguma forma ou de outra. De acordo com nosso modelo, é possível ver os efeitos em objetos «de fronteira», ou seja, objetos que são objetos quânticos inegavelmente, mas com um tamanho em que a massa - ou seja, a 'carga' associado com a gravidade (como carga elétrica está associada com campo elétrico) - ainda é substancial ".
"Com base no modelo proposto, formulado previsões sobre como o sistema iria oscilar", diz Liberati. "Duas previsões, para ser mais preciso: uma função que descreve o sistema sem os efeitos não-locais e uma que descreve-o com um efeito local". O modelo é particularmente robusta, dado que, como Liberati explica, a diferença no padrão descrito nos dois casos não pode ser gerado por influências ambientais sobre o oscilador. "Então, é uma situação" win-win ": se não vemos o efeito, podemos levantar a barra das energias para onde olhar para a transição.
Acima de tudo, os experimentos ser preparados devem ser capazes de empurrar as restrições na escala não localidade para a escala de Planck. Neste caso, nós ir tão longe como para excluir esses cenários com a não-localidade. E isso por si só seria um bom resultado, como seria reduzir o número de possíveis cenários teóricos ", conclui Liberati." Se, por outro lado, foram para observar o efeito, bem, nesse caso, seria a confirmação da existência de efeitos não-locais, abrindo assim o caminho para uma física totalmente nova. "
"Embora filosoficamente, pode ser reconfortante para não ter de pensar em espaço-tempo como tendo uma natureza espumoso que podem afetar a capacidade de ver objetos distantes, em outro nível que torna a estrutura de pequena escala do universo ainda mais intrigante", disse Eric Perlman.
O Galaxy diário via Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA)
Créditos de imagem: Com agradecimentos a Robbert-Dijkgraaf-Planck-escala e Observatório Chandra X-Ray
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