Teoria da gravidade quadrática reformula visão do Big Bang

 Gravidade Quântica Quadrática

Cientistas estão propondo uma nova maneira de explicar como o Universo começou, oferecendo uma nova perspectiva sobre o Big Bang e seus primeiros momentos. Os resultados indicam que a rápida expansão inicial do Universo pode ter surgido naturalmente de uma teoria mais profunda e completa conhecida como gravidade quântica. 

Outro trabalho recente propôs que a gravidade pode emergir da entropia, e não da curvatura do espaço-tempo. [Imagem: Ginestra Bianconi]

Embora a teoria da relatividade geral de Einstein venha funcionando muito bem há mais de um século, ela falha sob as condições extremas presentes no nascimento do Universo. Para superar isso, Ruolin Liu e colegas da Universidade de Waterloo, no Canadá, usaram a Gravidade Quântica Quadrática, uma estrutura que permanece matematicamente estável mesmo em energias extremamente altas, semelhantes às do Big Bang.

A maioria das explicações atuais do Big Bang se baseia na relatividade geral, mas precisa que sejam inseridos "elementos adicionais" arbitrários, sem os quais os modelos não funcionam. Em contraste, esta nova abordagem fornece uma visão mais unificada, ligando os primeiros momentos do Universo diretamente aos modelos bem testados que os cientistas usam para estudar o cosmos hoje.

A Teoria da Gravidade Quadrática é uma extensão da relatividade geral, mas focada em tentar eliminar a incompatibilidade entre a relatividade e a mecânica quântica. Para não depender dos elementos adicionados à relatividade para "fechar as contas", a gravidade quadrática adiciona termos de ordem superior (ao quadrado) ao formalismo  matemático.

Nessa teoria da gravidade quântica, a rápida expansão inicial do Universo, conhecida como inflação, pode emergir naturalmente, sem a necessidade de que sejam inseridas suposições adicionais. Essa inflação cósmica é um conceito fundamental em cosmologia porque ajuda a explicar a estrutura em larga escala do Universo.

"Este trabalho mostra que o crescimento explosivo inicial do Universo pode vir diretamente de uma teoria mais profunda da própria gravidade," disse o professor Niayesh Afshordi. "Em vez de adicionar novas peças à teoria de Einstein, descobrimos que a rápida expansão surge naturalmente quando a gravidade é tratada de uma forma que permanece consistente em energias extremamente altas."

Novas observações reforçam modelos da gravidade quântica. [Imagem: Nasa/Swift/Cruz deWilde]

Testabilidade 

Estes novos cálculos surgem em um momento em que a cosmologia se torna cada vez mais precisa, com instrumentos capazes de medir o Universo em novos níveis de exatidão.

Os próximos levantamentos de galáxias, estudos da radiação cósmica de fundo em micro-ondas e detectores de ondas gravitacionais estão atingindo a sensibilidade necessária para examinar ideias que antes eram puramente teóricas. Ao mesmo tempo, os cientistas reconhecem as limitações dos modelos mais simples de expansão do Universo primordial, o que destaca a necessidade de abordagens firmemente estabelecidas na física fundamental.

Enquanto isso, a equipe planeja refinar suas previsões para adequá-las aos experimentos futuros, além de investigar como essa estrutura se conecta à física de partículas e a outras questões não respondidas sobre o Universo primordial. O objetivo a longo prazo é construir uma ligação mais forte entre a gravidade quântica e a cosmologia observável.

Ainda assim, eles já estão animados acerca da testabilidade de suas previsões. "Embora este modelo lide com energias incrivelmente altas, ele leva a previsões claras que os experimentos atuais podem de fato verificar. Essa ligação direta entre a gravidade quântica e dados reais é rara e empolgante," disse Afshordi.

Inovação Tecnológica