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| Há evidências que nosso Universo seja um holograma? Créditos: Universidade de Tecnologia de Viena |
Descrever o universo requer menos dimensões do que poderíamos pensar. Novos cálculos mostram que este pode não ser apenas um truque matemático, mas uma característica fundamental do próprio espaço.
À primeira vista, não há a menor dúvida: para nós, o universo parece tridimensional. Mas uma das teorias mais fecundas da física teórica nas últimas duas décadas é um desafio esta suposição. O “Princípio Holográfico” afirma que uma descrição matemática do universo na verdade requer uma dimensão a menos do que parece. O que percebemos como tridimensional podem ser apenas a imagem de processos bidimensionais em um enorme horizonte cósmico.
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Até agora, este princípio só tem sido estudado em espaços exóticos com curvatura negativa. Isto é interessante do ponto de vista teórico, mas tais espaços são bastante diferentes do espaço em nosso próprio universo. Os resultados obtidos por cientistas do TU Wien (Viena) sugerem que o princípio holográfico ainda detém em um espaço-tempo plano.
O princípio holográfico
Todos sabemos o que são hologramas de cartões de crédito ou notas. Eles estão duas dimensões, mas para nós, eles aparecem tridimensionais. Nosso universo poderia comportar-se muito da mesma forma: “Em 1997, o físico Juan Maldacena propôs a ideia de que há uma correspondência entre as teorias gravitacionais em espaços curvos anti-de Sitter por um lado, e teorias quânticas de campos em espaços com um dimensão a menos do outro”, diz Daniel Grumiller (TU Wien).
Fenômenos gravitacionais são descritos em uma teoria com três dimensões espaciais, o comportamento das partículas quânticas é calculado em uma teoria com apenas duas dimensões espaciais – e os resultados de ambos os cálculos podem ser mapeados entre um e outro. Essa correspondência é bastante surpreendente. É como descobrir que as equações de um livro de astronomia também podem ser usadas para reparar um CD-player. Mas este método tem provado ser muito bem sucedido. Mais de dez mil artigos científicos sobre “Correspondências-Anúncios-CFT” do Maldacena foram publicados até à data.
Correspondência, mesmo em espaços planos
Para a física teórica, isto é extremamente importante, mas não parece ter muito a ver com o nosso próprio universo. Aparentemente, nós não vivemos em tal um espaço anti-de sitter. Estes espaços têm propriedades bastante peculiares. Eles são negativamente curvos, qualquer objeto jogado para fora em linha reta irá eventualmente retornar. “Nosso universo, em contraste, é bastante plano – e nas distâncias astronômicas, tem curvatura positiva”, disse Daniel Grumiller.
No entanto, Grumiller tem suspeitado há algum tempo que um princípio da correspondência pode também ser verdadeiro para nosso universo real. Para testar esta hipótese, teorias gravitacionais tem que serem construídas, e não podem necessitar de espaços de anti-de sitter exóticos, mas sim de um espaço plano. Há três anos, ele e sua equipe na TU Wien (Viena) tem trabalhado nisso, em cooperação com a Universidade de Edimburgo, Harvard, Pune IISER, o MIT e a Universidade de Kyoto. Agora Grumiller e colegas da Índia e Japão já publicaram um artigo na revista Physical Review Letters, confirmando a validade do princípio da correspondência em um universo plano.
Calculado duas vezes, mesmo resultado
“Se a gravidade quântica em um espaço plano permite uma descrição holográfica de uma teoria quântica padrão e, em seguida, por grandezas físicas, que podem ser calculadas em teorias – os resultados devem concordar”, diz Grumiller. Especialmente, uma característica fundamental da mecânica quântica – entrelaçamento quântico – tem de aparecer na teoria gravitacional.
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Quando as partículas quânticas são emaranhadas, eles não podem ser descritas individualmente. Eles formam um objeto quântico único, mesmo que se encontram distantes. Há uma medida para a quantidade de emaranhamento em um sistema quântico, chamado “entropia do entrelaçamento“. Arjun Bagchi, Rudranil Basu e Max Riegler, Daniel Grumiller conseguiram mostrar que esta entropia de entrelaçamento toma o mesmo valor, na gravidade quântica plana e em uma teoria quântica de campos de baixa dimensão.
“Este cálculo afirma nossa suposição de que o princípio holográfico também pode ser realizado em espaços planos. É a evidência para a validade desta correspondência em nosso universo”, diz Max Riegler (TU Wien). “O fato de que podemos mesmo falar sobre informação quântica e entropia de entrelaçamento em uma teoria da gravidade é surpreendente em si e dificilmente seria imaginável apenas alguns anos atrás. Agora somos capazes de usar isso como uma ferramenta para testar a validade do princípio holográfico e se este teste funciona, será bastante notável”, diz Daniel Grumiller.
Isto no entanto, não ainda prova que realmente vivemos em um holograma – mas aparentemente há crescentes evidências para a validade do princípio da correspondência em nosso próprio universo.
Mais informações: Entropia de Emaranhamento em Teorias de Campo Conformal de Galileu e holografia plana, Phys. Rev. Lett. 114, 111602 – publicado 19 de março de 2015, dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.111602
Jornal de Referência: Physical Review letras
Traduzido e adaptado de: Phys