Quando se trata de física, as regras de gravidade estão em praticamente tudo o que pode vê no Universo – ela mantém os planetas orbitando estrelas, estrelas orbitando buracos negros, e, bem, todos nós presos no planeta.
Mas, uma vez que todos os objetos maciços no Universo têm uma influência sobre a gravidade, os investigadores não conseguiram mais uma vez mostrar uma conexão entre gravidade e a mecânica quântica.
Em outras palavras, a gravidade simplesmente não parece se preocupar com o mundo quântico. E isso é uma grande decepção para nossas esperanças de uma teoria de tudo.
Vamos voltar aqui um segundo, porque tudo isso – mundo quântico/clássico – pode ficar um pouco confuso para quem não está habituado.
Na física, existem basicamente duas teorias na qual podemos explicar o universo – a física clássica, que abrange todo o trabalho feito antes do século 20, e que descreve o comportamento de praticamente tudo que você pode ver – planetas, estrelas, seres humanos, etc.
E depois há a mecânica quântica, a abordagem ousada mais recente, que tenta explicar o comportamento estranho de todas as mais ínfimas partículas no universo, tais como fótons, elétrons e o indescritível bóson de Higgs.
Mas você provavelmente já ouviu falar que os físicos realmente querem unificar essas duas teorias para criar uma “teoria de tudo“, que pode explicar o Universo como um todo, tanto o observável quanto o minúsculo, tudo em um simpático conjunto de poucas equações.
E este último estudo é parte do que uma equipe de cientistas chineses de Huazhong Universidade de Ciência e Tecnologia em Wuhan está tentando fazer. Eles usaram uma nova técnica de observar para qualquer tipo de conexão entre a gravidade e spin, o que seria uma evidência da física clássica e física quântica estarem ligadas.
Assim, de acordo com a relatividade geral – a teoria que define a física clássica – a influência da gravidade é idêntica para todos os objetos.
Isto é conhecido como o princípio da equivalência, e que basicamente significa apenas que, graças à gravidade, os objetos com exatamente a mesma massa seguirão trajetórias idênticas se eles estão em queda livre dentro de um vácuo.
Por mais louco que pareça, nós observamos a gravidade em ação desde Galileo que testou pela primeira vez ela (imperfeitamente, graças aos efeitos da resistência do ar) na Torre de Pisa em 1589, como conta a lenda – e você ainda pode vê-la em ação no vídeo abaixo:
Mas os cientistas a hipotetizaram que, se houver algum tipo de ligação entre a física clássica e a mecânica quântica, então – em algum nível pequeno, pelo menos – a gravidade deve agir de forma ligeiramente diferente dependendo do spin de um objeto.
O spin é um tipo de momento angular intrínseco que descreve o que um elétron ou átomo está fazendo, e, basicamente, se é que podemos encontrá-lo exercendo uma influência sobre a gravidade, seria incrivelmente promissor para a perspectiva de uma teoria unificada na futuro.
Os investigadores tentaram e falharam na procura dessa influência quântica da gravidade no passado, mas neste último experimento, a equipe chinesa testou essencialmente através da recriação do famoso experimento de queda livre feito por Galileu na Torre de Pisa em uma escala muito, muito pequena.
Eles levaram dois átomos de rubídio com spins opostos, arrefeceu-los a alguns milionésimos de grau acima do zero absoluto, e colocou-os em um tubo de vácuo.
Eles, então, os bombardearam com um feixe de laser de baixo para cima, o que impulsionou-os para cima no tubo – antes de, eventualmente, cairem para o fundo novamente. Criando uma “fonte” subindo e descendo de átomos.
Usando uma técnica chamada interferometria de átomos, que explora a natureza de onda dos átomos para monitorar seu movimento com um detalhe incrível, os pesquisadores mediram exatamente o quão rápido os átomos estavam caindo cada vez.
Eles descobriram que, apesar de ter spins opostos, a aceleração de queda livre dos dois átomos concordou com o outro para dentro de uma parte em 10 milhões – o que é muito muito idênticos.
E sugere que a gravidade é precisamente de zero abaixo do seu spin, o que é problemático para uma teoria unificada daqui para frente.
Mas – e este é um grande mas – este estudo apenas mostra que não houve efeito sobre a gravidade no qual pudéssemos medir. E como a história tem mostrado, os cientistas estão constantemente ficando melhor em medir as coisas.
Então segure seus chapéus e se prepare-se para mais destes estudos nos anos vindouros. Se alguém vê uma mudança no comportamento da gravidade, que poderia ser apenas mais um passo para uma teoria de tudo. E se não, bem, as possibilidades são tão emocionantes … continue prestando atenção no espaço.
Esta pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters.
Traduzido e adaptado de Science Alert