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jan 03

Física: novas propostas sobre as estruturas do espaço-tempo poderiam proporcionar pistas sobre a teoria da gravidade quântica?

Esta concepção artística mostra a Gravity Probe B orbitando a Terra para medir o espaço-tempo. Um novo estudo propõe que o espaço-tempo poderia ser tanto contínuo como discreto simultaneamente. Crédito: NASA.

Esta concepção artística mostra a Gravity Probe B orbitando a Terra para medir o espaço-tempo. Um novo estudo propõe que o espaço-tempo poderia ser tanto contínuo como discreto simultaneamente. Crédito: NASA.

O espaço-tempo, definido por três dimensões espaciais e uma temporal, é um conceito tão grande e abstrato que os cientistas têm dificuldades não só para defini-lo como também para compreendê-lo. Além disso, diversas teorias nos oferecem visões diferentes e contraditórias sobre a estrutura do espaço-tempo. Enquanto a teoria da relatividade geral descreve o espaço-tempo como um tecido contínuo, as teorias de campo quântico requerem que o espaço-tempo seja constituído de pontos discretos. Unificar estas duas teorias em uma única teoria da gravidade quântica é atualmente um dos maiores problemas não resolvidos da física.

Achim Kempf da Universidade de Waterloo é físico-matemático que tem trabalhado nas questões associadas a teoria da informação, teoria quântica e relatividade geral.

Achim Kempf da Universidade de Waterloo é físico-matemático que tem trabalhado nas questões associadas a teoria da informação, teoria quântica e relatividade geral

Em uma tentativa de compreender melhor a estrutura do espaço-tempo, o físico e matemático Achim Kempf da Universidade de Waterloo propôs uma nova possível estrutura para o espaço-tempo na escala de Planck. Kempf sugere que o espaço-tempo poderia ser tanto contínuo como discreto ao mesmo tempo, satisfazendo conceitualmente as teorias da relatividade geral e as teorias de campo quântico simultaneamente. A proposta de Kempf está inspirada na teoria da informação, uma vez que a informação por sua vez pode ser tanto contínua quanto discreta. Seu estudo foi publicado em um recente exemplar da revista Physical Review Letters.

Como disse Achim Kempf a PhysOrg.com:

Há escolas de pensamento em feroz competição, cada uma com bons argumentos, sobre se o espaço-tempo é fundamentalmente discreto (como, por exemplo, nos modelos de espuma de spin) ou contínuo (como, por exemplo, na teoria de cordas). A nova aproximação teórica a partir da teoria da informação talvez permita que um que nós consiga construir pontes tanto conceituais quanto matemáticas entre estas duas escolas de pensamento.

Como explica Kempf, a estrutura matemática associada à teoria da informação utilizada nesta ferramenta proposta é a teoria da amostragem – isto é, amostras tomadas em um conjunto discreto genérico de pontos que podemos usar para reconstruir a formato da informação (o espaço-tempo) em qualquer ponto até um limite específico de corte. No caso do espaço-tempo, este limite seria a fronteira inferior do ultravioleta natural, se existir. Este limite inferior também pode ser pensado como um princípio de incerteza de comprimento mínimo, além do qual as propriedades estruturais das partículas não podem ser estabelecidas com maior precisão.

A teoria da amostragem como ferramenta do espaço-tempo?

Em seu estudo, Kempf desenvolve uma teoria de amostragem que pode ser generalizada para ser aplicada ao espaço-tempo. Ele demonstra que uma densidade finita dos pontos de uma amostra obtidos através da estrutura do espaço-tempo pode proporcionar aos cientistas a forma do espaço-tempo desde grandes escalas de comprimento de onda do espectro de radiação até o limite natural das freqüências do ultravioleta. Além disso, Kempf demonstra que esta expressão estabelece uma equivalência entre as representações discretas e contínuas do espaço-tempo. Desta forma, o novo marco para amostragem e reconstrução do espaço-tempo poderia ser usado em várias aproximações da gravidade quântica fornecendo às estruturas discretas uma representação contínua.

Achim Kempf explicou:

Tem se tornado extraordinariamente difícil obter dados experimentais que poderiam guiar-nos na procura da teoria que unifique a teoria quântica com a relatividade geral. A proposta de que o espaço-tempo é simultaneamente contínuo e discreto do mesmo modo que a informação pode servir como o guia teórico para este princípio. O princípio aponta na direção de uma teoria na qual todos os processos naturais são vistos como possuidores de uma largura de banda universal finita.

Nova ferramenta para antigos problemas?

Kempf adiciona que pelo menos a nova aproximação proporciona algumas ferramentas técnicas práticas para os estudos de gravidade quântica, tais como resolver problemas discretos e usar métodos contínuos. Kempf planeja aplicar em breve os novos métodos visando solucionar um conjunto de diversos problemas.

Achim Kempf finalizou:

Estou planejando usar os novos métodos da teoria de informação para abordar de uma forma nova as velhas questões da teoria da informação na gravidade quântica, tais como a paradoxo da perda de informação nos buracos negros e o papel do principio holográfico na teoria de campo quântico.

Fontes

Physorg.com: Proposed Spacetime Structure Could Provide Hints for Quantum Gravity Theory por Lisa Zyga

Achim Kempf: “Information-Theoretic Natural Ultraviolet Cutoff for Spacetime.” Physical Review Letters 103, 231301 (2009)

._._.

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6 comentários

1 menção

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  1. Maicon Toti

    Bom dia, os átomos de materiais sólidos, são exatamente do mesmo tamanho? por exemplo o ferro. mas quando estão agrupados, sabemos que boa parte dos átomos são vazios, tem uma enorme quantidade de espaço dento deles, imaginemos que uma bola no centro de um campo de futebol seja o núcleo e representando os elétrons uma bolas de golfe que estejam orbitando no anel superior da arquibancada, isso para representar a escala, certo!? mas e se forçarmo sobre pressão de maneira que esse elétrons passassem a orbitar o anel inferior da arquibancada, ou seja, mais próximo do núcleo, mas ainda com uma rasurável distância, isso curvaria o espaço-tempo aos arredores do átomo em escala quântica, mesmo que em proporção muito ínfima, pensa bem, em uma escala imperceptível, em que cada átomo de um corpo celeste, como a terra, a soma dessa pequena distorção poderia explicar a gravidade? porque a distancia do anel superior para o inferior, deverá ser preenchida, correto pelo espaço tempo. ai entra a elasticidade do espaço-tempo, as estrelas maciças que precedem os buracos negros estariam com seus átomos comprimidos com o mínimo de espaço entre o núcleo e os elétrons, e no caso do buraco negro até o planks comprimidos ou até a neutralização das supercordas, formando assim uma anti-universo, ou seja aquilo que “não é universo”.

    1. ROCA

      Átomos não são do mesmo tamanho, mas o tamanho dos átomos não importa muito… o que importa é seu estado quântico e suas propriedades físicas, etc.

      Átomos são um grande vazio, mas isso também não importa nas micro-escalas atômicas onde a três forças electromagnetismo, força-fraca e força-forte atuam e dominam.

      Sugiro que você leia atentamente sobre ‘matéria degenerada’, pode começar por aqui:

      https://pt.wikipedia.org/wiki/Mat%C3%A9ria_degenerada

  2. everaldo

    Newton etava apoiado sobre ombros de gigantes quando pensou que a gravidade fosse causa quando na verdade era efeito. E agora!! será que vão reescrever uma nova fisica no século XXI??
    Como se explica física quantica em termos leigos, ou melhor, como se entende fisica quantica em termos leigos.?

  3. Ramá josé barboza

    olá pessoal, eu amo física e cada vez que leio e assisto palestra mais eu fico mais encantado.
    Adorei a parte em que o ventos solares vem em direçao a terra é bloqueado pelo campo gravitacional gerado pelo dinamo da terra faz com que as particulas se agitem e vão para os polos fervilhando assim gerando o que conhecemos como aurora boreal. Um abraço

  4. Maicon Souza Sales

    Tudo bem sobre a teoria das cordas, mas imaginemos que o universo seja uma esponja do tamanho de uma bola de futebol, agora peguemos esta esponja e a compactamos em uma de nossas mãos, isso tiraria todo o ar de dentro dela, e de repente então a soltamos e analizemos cuidadosamente e comparativamente com o universo, a esponja se expandindo enquanto ao ar entra pelos poros da esponja, então imaginem que um pequeno poro seja uma corda e o ar que passa por dentro dela seja o gráviton, e a medida que o universo se expande a gravidade de torna fraca dentro da grande esponja que é o universo, ou seja cada corda poderia ser uma janela para um outro universo paralelo?

  5. Mirian Martin

    O que não explica o Superman girar a Terra ao contrário e voltar o tempo… Seria mais fácil que fazer plástica. 🙂

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