Compreender o que são espaço e tempo em toda a sua complexidade não é fácil. Nós não dizemos isso; diz Álvaro de Rújula, um prestigiado físico de partículas que, entre muitas outras realizações, lecionou em Harvard e liderou a divisão de física teórica do CERN. Ele ainda teve a oportunidade de viajar no tempo para conversar cara a cara com Albert Einstein (na ficção e com muita graça, claro).
“O espaço e o tempo são tão fundamentais que podemos falar deles, mas sem identificar com a máxima precisão o que realmente são. Poderíamos assimilar o espaço a uma espécie de conjunto de dominós, para podermos colar uns aos outros. avião e depois colocar outro plano em cima construído da mesma forma. Obviamente o espaço não é bem assim, mas esta comparação pode ajudar-nos a compreender de alguma forma a sua natureza”, salienta Álvaro.
“De qualquer forma, a primeira coisa que podemos fazer é tentar entender a relação que existe entre o espaço e o tempo. Se tivermos um espaço plano e nele houver duas formigas, podemos desenhá-las num determinado instante no tempo e, num instante posterior, podemos desenhar um plano em cima dele com as mesmas duas formigas, mas colocadas em locais diferentes. posições. Desta forma poderíamos construir uma espécie de sanduíche em que o espaço corre na direção horizontal do meu desenho e o tempo na direção vertical”, explica o antigo diretor de física teórica do CERN.
Antes de prosseguir, e como prelúdio à história que vamos aprofundar, vale lembrar que a velocidade da luz é absoluta. Para acomodar esta ideia, Einstein decidiu modificar o conceito de tempo na sua teoria, demonstrando que o seu ritmo depende do estado de movimento de um objeto, mas também de se estar num campo gravitacional intenso. Explicamos isso com mais detalhes em nosso artigo dedicado à física da viagem no tempo, mas o que é realmente importante é que já temos as ferramentas necessárias para avançar.
Um espaço-tempo curvo dentro de um laboratório. Não há brinquedo melhor
Um grupo de pesquisadores da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, conseguiu recriar no ano passado em seu laboratório um espaço-tempo eficaz que pode ser manipulado de forma flexível para simular uma família de universos curvos. Parece incrível. Tanto, aliás, que parece enredo de filme de ficção científica. Mas não é. É real. Na verdade, o experimento deles foi revisado por pares e publicado na Nature.
Os modelos cosmológicos com os quais os físicos trabalham atualmente questionam a maneira como o espaço se expandiu e modificou sua curvatura.
Nos primeiros parágrafos deste artigo revisamos diversas ideias importantes, e uma delas afirma que o espaço e o tempo estão intimamente ligados, bem como que sua estrutura é fixa. Esse conhecimento serviu de ponto de partida para esses cientistas projetarem um experimento que lhes permitiria compreender melhor a interação entre a matéria e o continuum espaço-tempo, e também testar as previsões da teoria quântica de campos.
Em termos gerais, este último modelo teórico propõe a utilização da mecânica quântica, da teoria clássica de campos e da relatividade especial para descrever sistemas de campos clássicos, como, por exemplo, campos gravitacionais ou eletromagnéticos. Os modelos cosmológicos com os quais os físicos trabalham atualmente questionam a forma como o espaço se expandiu e mudou sua curvatura. E, justamente, o experimento desses pesquisadores pode nos ajudar a entender melhor como tem sido a evolução de um espaço-tempo que em uma fase muito inicial poderia ter sido curvo.
Até agora conseguimos formar uma ideia relativamente precisa sobre o propósito desses pesquisadores, mas ainda precisamos investigar algo importante: como eles fizeram isso? Como simularam vários universos curvos em laboratório com o propósito de flertar com tantos cenários cosmológicos diferentes? Para curvar o continuum espaço-tempo de uma forma facilmente perceptível, precisamos de massas enormes, como a de uma estrela, ou de energias quase inconcebíveis. E é evidente que estes físicos não tinham massas enormes nem energias enormes.
Neste experimento, a forma da nuvem de átomos de potássio determina as dimensões e propriedades de um determinado continuum espaço-tempo.
Mas o que eles tinham era um simulador de campo quântico que eles ajustaram resfriando uma nuvem de átomos de potássio até que sua temperatura fosse reduzida a apenas alguns nanokelvins acima do zero absoluto. Esta estratégia permitiu-lhes obter um condensado de Bose-Einsteinque, sem entrar nos detalhes mais complicados, é um estado especial da matéria cujas propriedades revelam claramente até as mais leves perturbações energéticas a que estão sujeitos os átomos da nuvem.
Neste experimento, a forma da nuvem de átomos de potássio determina as dimensões e propriedades de um continuum espaço-tempo particular através do qual as perturbações de energia dos átomos se propagam na forma de ondas. Além disso, os pesquisadores conseguiram atuar nas interações entre os átomos ajustando com precisão a intensidade do campo magnético que os confina, então, de alguma forma, conseguiram desenvolver um cenário de teste bastante dúctil. É emocionante. Seu artigo é complexo, mas se você não se intimida facilmente e deseja saber mais precisamente em que consistiu seu experimento, não hesite em consultá-lo.
Em Xataka | A física da viagem no tempo explicada por dois dos melhores físicos teóricos
Imagem da capa | Isto é Engenharia
Mais informações | Natureza