E se o espaço-tempo for um líquido?

(Phys/Hypescience) A Teoria Geral da Relatividade de Einstein é incompatível com a mecânica quântica, o conjunto de leis bizarras que governa o comportamento de partículas minúsculas (como fótons e elétrons) que compõem o universo. Muitos cientistas já tentaram unir esses grandes conceitos da física, sem sucesso.

Agora, físicos teóricos que trabalham com gravidade quântica abordam uma questão que poderia conciliar a gravidade e a mecânica quântica: e se o espaço-tempo for uma espécie de fluido?

E se?
A mecânica quântica é capaz de explicar de forma eficaz três das quatro forças fundamentais do universo (eletromagnetismo, interação fraca e interação forte). Mas não explica a gravidade, que atualmente só é compreendida pela relatividade geral, uma teoria desenvolvida no campo da física clássica.

Alguns modelos preveem que o espaço-tempo na escala de Planck (10-33 centímetros) já não é contínuo (como sugere a física clássica), mas discreto na natureza, assim como os sólidos ou líquidos com os quais entramos em contato todo dia, que podem ser vistos (por serem compostos de átomos e moléculas), quando observados com uma resolução suficiente. Uma estrutura deste tipo implica, geralmente, energias muito altas e violações da teoria da relatividade de Einstein.

Neste enquadramento teórico, tem sido sugerido que o espaço-tempo deve ser tratado como um fluido. Neste sentido, a relatividade geral seria análoga à hidrodinâmica de fluidos, que descreve o comportamento de líquidos em um nível macroscópico, mas não nos diz nada sobre os átomos e moléculas que os compõem.

Stefano Liberati, professor na Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA, na sigla em italiano), em Trieste (Itália), e Luca Maccione, cientista da Universidade Ludwig-Maximilian em Munique (Alemanha), criaram formas inovadoras de utilizar a física de partículas elementares e a astrofísica de alta energia para descrever os efeitos que devem ser observados se o espaço-tempo for um fluido. Liberati e Maccione também propuseram os primeiros testes observacionais desses fenômenos. O artigo foi publicado na revista Physical Review Letters.

Nenhum dos muitos modelos propostos até agora tinha sido passível de investigação empírica. A ideia de Liberati e Maccione fornece novos instrumentos para avaliar o valor de possíveis cenários para a gravidade quântica.

A diferença
Identificar um modelo plausível de gravidade quântica (isto é, uma descrição da gravidade dentro de uma estrutura física quântica) é um dos grandes desafios da física hoje.

No passado, os modelos que consideraram o espaço-tempo como um fluido assumiram e estudaram efeitos que implicam mudanças na propagação de fótons, que viajam em velocidades diferentes dependendo da sua energia. Mas há mais coisas acontecendo.

“Se seguirmos a analogia com fluidos, não faz sentido esperar apenas estes tipos de alterações”, explica Liberati. “Se o espaço-tempo for um tipo de fluido, então também precisamos levar em conta a sua viscosidade e outros efeitos dissipativos, que nunca tinham sido considerados em detalhe”.

Liberati e Maccione catalogaram esses efeitos e demonstraram que a viscosidade tende a dissipar rapidamente fótons e outras partículas ao longo de seu caminho. “Se o espaço-tempo é um fluido, em seguida, de acordo com os nossos cálculos, deve ser necessariamente um superfluido. Isso significa que sua viscosidade é extremamente baixa, próxima de zero”, diz Liberati.

A dupla também previu outros efeitos dissipativos mais fracos, que pode ser capaz de provar com futuras observações astrofísicas. Caso isto aconteça, teríamos uma pista forte para apoiar os modelos emergentes de espaço-tempo.

“Com a tecnologia astrofísica moderna, chegou o momento de trazer a gravidade quântica de um ponto de vista meramente especulativo para um mais fenomenológico”, conclui Liberati.