Unificando a gravidade e a mecânica quântica sem a necessidade da gravidade quântica – Physics World

Unificando a gravidade e a mecânica quântica sem a necessidade da gravidade quântica – Physics World

Carimbo de data / hora: 8 de janeiro de 2024 4h42

Acoplamento quântico e clássico
Acoplamento aleatório: Jonathan Oppenheim desenvolveu uma nova maneira de unificar a mecânica quântica e a teoria geral da relatividade. (Cortesia: Shutterstock/Rost9)

Jonathan Oppenheim na University College London desenvolveu uma nova estrutura teórica que visa unificar a mecânica quântica e a gravidade clássica – sem a necessidade de uma teoria da gravidade quântica. A abordagem de Oppenheim permite que a gravidade permaneça clássica, ao mesmo tempo que a acopla ao mundo quântico por um mecanismo estocástico (aleatório).

Durante décadas, os físicos teóricos têm lutado para conciliar a teoria geral da relatividade de Einstein – que descreve a gravidade – com a teoria quântica, que descreve quase tudo o resto na física. Um problema fundamental é que a teoria quântica assume que o espaço-tempo é fixo, enquanto a relatividade geral diz que o espaço-tempo muda dinamicamente em resposta à presença de objetos massivos.

Até agora, os esforços de reconciliação têm sido dominados pela ideia de que a nossa compreensão actual da gravidade está incompleta e que é necessária uma descrição quantizada da interacção. Este raciocínio levou a inúmeras linhas de investigação – incluindo o desenvolvimento da teoria das cordas e da gravidade quântica em loop. No entanto, os experimentos para testar essas ideias são extremamente desafiadores e uma teoria da gravidade quântica permanece indefinida.

Realidades acopladas

A gravidade quântica não é o único caminho para a unificação, e o problema pode ser resolvido investigando se a mecânica quântica e a relatividade geral poderiam ser acopladas num estado de coexistência.

No entanto, esta abordagem caiu no esquecimento porque parece invocar vários “teoremas proibidos” que tornam o acoplamento impossível. Na verdade, muitos esquemas de acoplamento violariam o princípio da incerteza de Heisenberg – que é um princípio central da teoria quântica.

Uma suposição chave compartilhada pelos esquemas de acoplamento anteriores é que a conexão entre os mundos quântico e gravitacional é reversível. Isto significa que se o estado do sistema for medido num determinado momento, ele pode ser usado em conjunto com as suas equações de movimento para prever o seu estado em qualquer ponto no passado ou no futuro.

Agora, Oppenheim argumenta que esta suposição pode não ser necessária e diz que o acoplamento poderia ser estocástico. Isto significa que os estados passados ​​e futuros do sistema não podem ser previstos de forma definitiva com base numa única medição. Em vez disso, o passado e o futuro só podem ser previstos com equações probabilísticas que apresentam uma gama de possibilidades.

Estrutura estocástica

Em seu estudo, Oppenheim baseia-se nesta ideia para desenvolver uma nova estrutura estocástica para acoplar os mundos quântico e de gravidade clássica. Uma vez que estes mundos têm regras fundamentalmente diferentes, a teoria de Oppenheim utiliza teorias estatísticas separadas para cada um deles.

Do lado quântico, Oppenheim assume que os estados do sistema são constantemente afetados por flutuações aleatórias no ambiente circundante. No lado clássico, os estados aparecem como distribuições de probabilidade dentro do espaço de fases do sistema.

Juntando essas duas descrições, Oppenheim descreve um único “estado quântico clássico”. Este estado prevê simultaneamente a probabilidade do sistema existir em alguma região do espaço de fase e seu estado quântico nessa região específica.

Isso permitiu que Oppenheim derivasse uma equação que descreve o acoplamento entre a mecânica quântica e a gravidade clássica, preservando cada uma de suas características únicas. Isto, por sua vez, permitiu-lhe explorar as implicações físicas mais profundas de suas ideias. Estes incluem a possibilidade de acoplamento entre a relatividade geral e a teoria quântica de campos subjacente ao Modelo Padrão da física de partículas.

A proposta é descrita em Revisão física X. Num artigo de ponto de vista acompanhando o papel, Thomas Galley do Instituto Austríaco de Óptica Quântica e Informação Quântica, em Viena, diz que a ideia de Oppenheim é ao mesmo tempo radical e conservadora – rejeitando suposições firmemente enraizadas, ao mesmo tempo que permanece consistente com leis físicas há muito estabelecidas. No entanto, ele alerta que “trocar a quântica pela estocasticidade tem suas próprias dificuldades conceituais”. Ele ressalta que “Oppenheim descobre que a informação quântica pode ser perdida em um buraco negro, um resultado que muitos físicos podem considerar inaceitável”.

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