Os modelos de gravidade quântica resultantes da holografia poderiam explicar a aceleração cosmológica?

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Potencial típico para operadores relevantes associados a campo escalar na CFT dupla. Os caminhos mostram a evolução escalar no buraco de minhoca de τ=−∞ a τ=∞ e na cosmologia do big bang ao big bang. Os níveis positivos iniciais de potencial podem levar a um período de expansão acelerada antes de desacelerar e entrar em colapso. Crédito: Cartas de Exame Físico (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.221601

Os físicos teóricos há muito tentam desenvolver uma teoria completa da gravidade que também leva em conta os fenômenos da mecânica quântica, o que os modelos existentes não fazem. Tal teoria poderia explicar coletivamente os muitos fenômenos físicos e cosmológicos complexos observados nas últimas décadas.

Pesquisadores da Universidade de Maryland e da Universidade de British Columbia conduziram recentemente um estudo teórico examinando a possibilidade de que a holografia, uma abordagem da gravidade quântica que incorpora algumas características dos hologramas tradicionais, possa ser usada para descrever fenômenos da mecânica quântica. Seu artigo, publicado em Cartas de Exame Físicoapresenta um argumento teórico que pode sugerir uma conexão entre os fenômenos cosmológicos observáveis ​​e a física subjacente aos espaços-tempos dos buracos de minhoca.

“O desenvolvimento de uma teoria da gravidade que incorpora a física da mecânica quântica tem sido uma importante área de ponta da física teórica há décadas”, disse Mark Van Raamsdonk, um dos pesquisadores que conduziu o estudo, ao Phys.org. “Isso é necessário para entender verdadeiramente a física dos buracos negros e do big bang e progredir em direção a uma teoria da física totalmente unificada”.

“Agora temos modelos totalmente consistentes de gravidade quântica por meio de uma abordagem chamada holografia, na qual a física gravitacional é codificada em um sistema quântico não gravitacional mais simples, de menor dimensão. As teorias holográficas da gravidade nos ensinaram muito sobre a física dos buracos negros e até mesmo sobre a natureza fundamental do espaço-tempo, mas até agora não houve muito progresso na compreensão de espaços-tempos cosmológicos realistas com um big bang”.

O principal objetivo do trabalho recente de Van Raamsdonk e seus colegas foi descrever a física dos espaços-tempos cosmológicos usando uma abordagem holográfica. Essencialmente, os espaços-tempos envolvem a combinação das três dimensões do espaço e da dimensão única do tempo em uma única variedade quadridimensional que fundamenta fenômenos como o Big Bang e as expansões cósmicas.

“Argumentamos que esses modelos também podem explicar o fato de que a expansão do nosso universo está se acelerando, mas de uma maneira diferente do que geralmente se supõe”, disse Van Raamsdonk. “A explicação mais convencional no chamado modelo lambda CDM (matéria escura fria) é que temos uma ‘constante cosmológica’ positiva, um tipo de energia escura que tem a mesma densidade em todo o universo. Argumentamos que os modelos holográficos também podem explicar a aceleração cósmica naturalmente, mas o fazem por meio de uma energia escura cuja densidade muda com o tempo”.

Os modelos holográficos indicam que a densidade da energia escura eventualmente cairá abaixo de zero e atingirá um valor negativo. Isso, por sua vez, poderia fazer com que o universo desacelerasse e eventualmente entrasse em colapso novamente, às vezes chamado de “Big Crunch”. Van Raamsdonk e seus colegas, portanto, sugerem que esses modelos podem oferecer uma perspectiva diferente sobre a aceleração cosmológica.

“Observamos que os modelos de gravidade quântica emergentes da holografia podem explicar naturalmente a aceleração cosmológica de uma maneira nova, com uma mudança de energia escura que eventualmente se torna negativa”, disse Van Raamsdonk. “Não sabemos ao certo se nosso universo funciona dessa maneira, mas podemos procurá-lo em observações cosmológicas”.

O trabalho recente desta equipe de pesquisa oferece uma nova perspectiva que pode contribuir para a compreensão teórica de problemas cosmológicos ainda não resolvidos. Van Raamsdonk e seus colegas já realizaram mais investigações e compararam suas previsões com as observações cosmológicas disponíveis.

“Comparamos as previsões de nossa classe de modelo (a diminuição da energia escura) com o que vemos de observações diretas da expansão do universo para ver se elas parecem consistentes”, acrescentou Van Raamsdonk. “Juntamente com meu aluno Chris Waddell, analisamos os dados mais recentes de redshift/magnitude para supernovas do Tipo IA. Essas observações podem nos fornecer informações quantitativas sobre como o universo se expandiu nos últimos seis ou sete bilhões de anos. Embora os dados não estejam disponíveis, “embora não possamos dizer definitivamente se a energia escura está diminuindo ou não, descobrimos que a maioria dos modelos que se ajustam aos dados de forma aceitável estão atualmente mostrando uma diminuição da energia escura”.

Em seus próximos estudos, os pesquisadores também querem entender melhor o que a classe modelo que desenvolveram preveria em termos da física da radiação cósmica de fundo e da distribuição das galáxias no Universo. Isso permitiria que eles comparassem essas previsões com observações recentes.

Mais Informações:
Stefano Antonini et al., Accelerating Cosmology from a Holographic Wormhole, Cartas de Exame Físico (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.221601

Informações do jornal:
Cartas de Exame Físico


By Gabriel Ana

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