Circuito elétrico vai testar se gravidade é quântica ou não

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/09/2024

Concepção artística da correspondência AdS/CFT.
[Imagem: Cortesia Stanley J. Brodskya/Guy F. de Teramond]

Gravidade quântica

Físicos idealizaram um novo método para testar em laboratório se a força da gravidade é quântica ou não.

E é um experimento polivalente: Ao permitir modelar uma teoria central da gravidade quântica, o experimento poderá ajudar não apenas a decifrar fenômenos anteriormente inexplicáveis, como também poderá melhorar circuitos computacionais, como as redes neurais.

A gravidade não é exatamente um mistério, desde que nos mantenhamos em grandes distâncias: Podemos calcular as órbitas dos planetas, enviar foguetes ao espaço com precisão e até mapear super-rodovias espaciais. No entanto, a descrição teórica da gravidade perde seu poder explicativo quando chegamos ao nível das menores partículas, o chamado nível quântico.

"Para explicar o Big Bang ou o interior dos buracos negros, temos que entender as propriedades quânticas da gravidade," explica a professora Johanna Erdmenger, da Universidade de Wurzburg, na Alemanha. "Em energias muito altas, as leis clássicas da gravidade falham. Portanto, nosso objetivo é contribuir para o desenvolvimento de novas teorias que possam explicar a gravidade em todas as escalas, incluindo no nível quântico."

Teoria Central da Gravidade Quântica

Em termos de uma teoria da gravidade quântica, o que temos hoje é a chamada "correspondência AdS/CFT", que afirma que teorias gravitacionais complexas em um espaço de alta dimensão podem ser descritas por teorias quânticas mais simples na fronteira desse espaço.

Não se assuste com os termos, que dá para entender: "AdS" significa "Anti-de-Sitter", um tipo especial de espaço-tempo que é curvado para dentro, como uma hipérbole. "CFT" é a sigla em inglês para "teoria de campo conforme", uma teoria que descreve sistemas físicos quânticos cujas propriedades são as mesmas em todas as distâncias espaciais.

"Isso parece muito complicado no começo, mas é fácil de explicar," continua Erdmenger. "A correspondência AdS/CFT nos permite entender processos gravitacionais difíceis, como aqueles que existem no mundo quântico, usando modelos matemáticos mais simples. Em seu cerne está um espaço-tempo curvo, que pode ser pensado como um funil. A correspondência afirma que a dinâmica quântica na borda do funil deve corresponder à dinâmica mais complexa dentro dele - de maneira similar a um holograma em uma nota, que gera uma imagem tridimensional, embora seja apenas bidimensional."

Ilustração da teoria usada para modelar a gravidade quântica: A rede simula um espaço-tempo curvo - perto da fronteira, a rede é mais densa devido à curvatura. Os sinais elétricos interativos (linhas amarela, vermelha e azul) simulam a dinâmica gravitacional. A dinâmica no volume e no limite externo correspondem uma à outra, criando um análogo para a correspondência AdS/CFT.
[Imagem: Erdmenger/JMU-Böttcher/Alberta]

Construindo um espaço-tempo curvo

Todas essas teorias estão muito bem fundamentadas matematicamente, mas é preciso testá-las em laboratório, no mínimo para saber em que escala elas começam a funcionar ou a falhar.

A equipe da professora Erdmenger está propondo justamente um método para testar experimentalmente as previsões da correspondência AdS/CFT que nunca foram confirmadas anteriormente.

A proposta envolve um circuito elétrico ramificado que será usado para imitar o espaço-tempo curvo: Os sinais elétricos em cada ponto de ramificação do circuito correspondem à dinâmica gravitacional que seria encontrada em diferentes pontos no espaço-tempo.

Os cálculos teóricos da proposta mostram que, nesse circuito elétrico, a dinâmica na borda do análogo do espaço-tempo também corresponde à dinâmica interna. Desta forma, uma previsão central da correspondência AdS/CFT pode ser testada pelo circuito.

Inovações técnicas

O próximo passo será colocar a ideia em prática, construindo a configuração experimental. Além de avanços significativos na pesquisa gravitacional, se o análogo funcionar ele também poderá levar a inovações técnicas.

"Nossos circuitos também abrem novas aplicações tecnológicas," disse Erdmenger. "Com base na tecnologia quântica, espera-se que eles transmitam sinais elétricos com perda reduzida, já que a curvatura simulada do espaço agrupa e estabiliza os sinais. Isso seria um avanço para a transmissão de sinais em redes neurais usadas para inteligência artificial, por exemplo."

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