Uma abordagem quântica para um problema de singularidade

Um dos principais problemas da relatividade geral, que a distingue de outras descrições do universo, como a física quântica, é a existência de singularidades. Singularidades são pontos que, matematicamente, dão um valor infinito e indicam áreas do universo onde as leis da física deixariam de existir – ou seja, pontos no início do universo e no centro dos buracos negros.

Um novo papel em Física Nuclear B, editado por Roberto Casadio, Alexander Kamenshchik e Iberê Kuntz do Instituto de Física e Astronomia da Università di Bologna, Itália, propõe o tratamento das singularidades no clássico física afim disso Física quântica poderia ajudar a resolver essa discrepância entre os ramos da física.

“Nenhuma descrição da natureza é perfeita e completa. Toda teoria tem seu alcance, além do qual ela entra em colapso e suas previsões não fazem mais sentido ”, diz Casadio. Como exemplo, ele cita as teorias de Newton, que ainda são robustas o suficiente para enviar foguetes ao espaço, mas se desfazem ao descrever o muito pequeno ou o imensamente massivo.

“Este é um problema sério porque relatividade geral – a teoria que hoje melhor descreve a interação gravitacional – prevê a existência de singularidades em geral ”, diz Casadio. “É como um buraco no espaço no qual nada pode existir, no qual os observadores e tudo o mais cairão. “

Casadio sugere que isso pode ser pensado como um pedaço de papel com um pequeno orifício. “Você pode mover a ponta da caneta no papel, o que representa o movimento de uma partícula, mas quando chega ao orifício, a caneta para de desenhar repentinamente e as partículas desaparecem repentinamente”, diz ele. “Isso ilustra como as singularidades são barreiras teóricas que nos impedem de compreender totalmente a natureza.”

Casadio acrescenta que o fato de a física deixar de existir nas singularidades leva a questões não respondidas como: O que realmente aconteceu no início do universo? Tudo nasceu de um ponto que nunca existiu de verdade? O que acontece com uma partícula quando ela cai no centro de um buraco negro?

“São justamente essas questões em aberto que motivam nossa curiosidade em dar continuidade a essa linha de investigação”, afirma. “Nossa abordagem é fortemente baseada nos métodos da teoria quântica de campo (QFT): a estrutura que combina a mecânica quântica e a relatividade especial e produz o modelo padrão de muito sucesso da física de partículas.”

Os autores usaram as ferramentas do QFT para: a objeto matemáticoque pode sinalizar a presença de singularidades em quantidades mensuráveis ​​experimentalmente. Esse objeto, que eles chamaram de “número funcional de voltas”, é diferente de zero quando as singularidades estão presentes e desaparece quando elas não estão.

Essa abordagem mostrou que certas singularidades teoricamente previstas não têm influência sobre as quantidades que podem, em princípio, ser medidas experimentalmente e, portanto, permanecem construtos matemáticos inofensivos.

“Se o nosso formalismo sobreviveu aos testes científicos e acabou por ser a abordagem certa, isso indicaria a existência de um princípio físico muito profundo, de modo que a escolha das variáveis ​​físicas é bastante sem importância”, conclui Casadio. “Isso pode ter consequências para a nossa compreensão da física além do assunto das singularidades.”

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