Cientistas afirmam ter encontrado 'a primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas', o que pode finalmente revelar a natureza da energia escura!
Físicos propuseram um novo modelo do espaço-tempo que pode fornecer a "primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas", sugere uma nova pré-impressão.
Físicos afirmam que podem ter encontrado uma explicação muito esperada para a energia escura, a força misteriosa que está impulsionando a expansão acelerada do universo, sugere um novo estudo de pré-impressão.
Seus cálculos sugerem que, nas menores escalas, o espaço-tempo se comporta de uma forma profundamente quântica, diferindo drasticamente da estrutura suave e contínua que vivenciamos na vida cotidiana. De acordo com suas descobertas, as coordenadas do espaço-tempo não "comutam" — o que significa que a ordem em que aparecem nas equações afeta o resultado. Isso é semelhante a como a posição e a velocidade de uma partícula se comportam na mecânica quântica.
Uma das consequências mais marcantes desse espaço-tempo quântico, conforme previsto pela teoria das cordas , é que ele naturalmente leva à aceleração cósmica. Além disso, os pesquisadores descobriram que a taxa na qual essa aceleração diminui ao longo do tempo se alinha notavelmente bem com as últimas observações do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI).
"Visto através das lentes do nosso trabalho, você pode pensar no resultado do DESI como a primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas e talvez as primeiras consequências observáveis da teoria das cordas e da gravidade quântica", disse o coautor do estudo Michael Kavic, professor da SUNY Old Westbury, à Live Science por e-mail.
O mistério da expansão do universo.
Em 1998, duas equipes independentes — o Supernova Cosmology Project e o High-Z Supernova Search Team — descobriram que a expansão do universo não estava diminuindo, como se pensava anteriormente, mas sim acelerando. Eles chegaram a essa conclusão estudando supernovas distantes, que pareciam mais fracas do que o esperado. Essa aceleração implicava a presença de uma entidade misteriosa permeando o espaço, mais tarde apelidada de energia escura.
No entanto, a origem da energia escura permaneceu elusiva. Uma hipótese popular sugere que ela surge de flutuações quânticas no vácuo, semelhantes às vistas no campo eletromagnético. No entanto, quando os físicos tentaram calcular a taxa de expansão com base nessa ideia, eles chegaram a um valor que era demasiado grande — 120 ordens de magnitude — uma discrepância impressionante.
Observações recentes do DESI complicaram ainda mais o quadro. De acordo com o Modelo Padrão de partículas elementares , se a energia escura fosse simplesmente uma energia de vácuo, sua densidade deveria permanecer constante ao longo do tempo. No entanto, os dados do DESI indicam que a taxa de aceleração não é fixa, mas que diminui ao longo do tempo — algo que o Modelo Padrão não prevê.
Resolvendo o mistério com a teoria das cordas.
Para lidar com essas inconsistências, os pesquisadores recorreram à teoria das cordas, uma das principais candidatas para uma teoria quântica da gravidade. Ao contrário do Modelo Padrão, que trata partículas elementares como pontos, a teoria das cordas propõe que elas são, na verdade, objetos minúsculos, vibrantes e unidimensionais, chamados cordas. Essas cordas, dependendo de seus modos de vibração, dão origem a diferentes partículas — incluindo o gráviton, o hipotético portador quântico da gravidade.
Em um novo artigo publicado no banco de dados de pré-impressão arXiv, mas que não foi revisado por pares, os físicos Sunhaeng Hur, Djordje Minic, Tatsu Takeuchi (Virginia Tech), Vishnu Jejjala (University of the Witwatersrand) e Michael Kavic aplicaram a teoria das cordas para analisar o espaço-tempo no nível quântico.
Ao substituir a descrição de partículas do Modelo Padrão pela estrutura da teoria das cordas, os pesquisadores descobriram que o próprio espaço-tempo é inerentemente quântico e não-comutativo, o que significa que a ordem em que as coordenadas aparecem nas equações é importante.
Esse afastamento radical da física clássica permitiu que eles derivassem as propriedades da energia escura não apenas de dados experimentais, mas diretamente de uma teoria física fundamental. Seu modelo não apenas produziu uma densidade de energia escura que corresponde de perto aos dados observacionais, mas também previu corretamente que essa energia deveria diminuir ao longo do tempo, alinhando-se com as descobertas do DESI.
Um dos aspectos mais impressionantes do resultado é que o valor da energia escura depende de duas escalas de comprimento muito diferentes: o comprimento de Planck, a escala fundamental da gravidade quântica, que é de cerca de 10⁻³³ centímetros; e o tamanho do universo, que tem bilhões de anos-luz de diâmetro. Tal conexão entre as menores e maiores escalas no cosmos é altamente incomum na física e sugere que a energia escura está profundamente ligada à natureza quântica do próprio espaço-tempo.
"Isso sugere uma conexão mais profunda entre a gravidade quântica e as propriedades dinâmicas da natureza que deveriam ser constantes", disse Kavic. "Pode acontecer que um equívoco fundamental que carregamos conosco seja o de que as propriedades básicas definidoras do nosso universo são estáticas, quando na verdade não são."
Testes experimentais e perspectivas futuras.
Embora a explicação da equipe sobre a expansão acelerada do universo seja um avanço teórico significativo, testes experimentais independentes são necessários para confirmar seu modelo. Os pesquisadores propuseram maneiras concretas de testar suas ideias.
Uma linha de evidência "envolve a detecção de padrões complicados de interferência quântica, o que é impossível na física quântica padrão, mas deveria ocorrer na gravidade quântica", acrescentou Minic.
A interferência ocorre quando ondas, como ondas de luz ou matéria, se sobrepõem e amplificam ou cancelam umas às outras, criando padrões característicos. Na mecânica quântica convencional, a interferência segue regras bem compreendidas, envolvendo tipicamente dois ou mais caminhos quânticos possíveis. No entanto, a interferência de ordem superior — prevista por alguns modelos de gravidade quântica — sugere interações mais complexas que vão além desses valores padrão. Detectar tais efeitos no laboratório seria um teste inovador da gravidade quântica.
"Esses são experimentos de bancada que poderão ser realizados em um futuro próximo — dentro de três a quatro anos."
Enquanto isso, os pesquisadores não estão esperando por confirmações experimentais. Eles continuam a refinar sua compreensão do espaço-tempo quântico, bem como explorando caminhos adicionais para testar sua teoria.
Se confirmadas, suas descobertas representariam um grande avanço não apenas na explicação da energia escura, mas também no fornecimento da primeira evidência tangível da teoria das cordas — um objetivo há muito buscado na física fundamental.
Jumar Vicenth
(Créditos de imagem: Terranaut via Pixabay)
