Espaço-tempo é gerado pelo entrelaçamento quântico?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/06/2015

O Princípio Holográfico propõe que o universo tridimensional que conhecemos surgiu de uma superfície externa que continha em duas dimensões tudo o que é necessário para descrevê-lo.
[Imagem: Hirosi Ooguri]

Dimensões adicionais

Um trabalho de uma equipe de físicos e matemáticos deu um passo significativo em direção à unificação da relatividade geral com a mecânica quântica.

Para a equipe, não apenas não há incompatibilidade entre as duas teorias, como o próprio espaço-tempo, conforme descrito por Einstein, emerge do emaranhamento quântico, o estranho comportamento das partículas quânticas de que Einstein gostava tão pouco.

O emaranhamento quântico - ou entrelaçamento quântico - é um fenômeno pelo qual estados como o spin ou a polarização de partículas localizadas em diferentes pontos do espaço não podem ser descritos de forma independente. Assim, mexer em umas das partículas - fazer uma medição de suas propriedades - vai imediatamente alterar a outra partícula entrelaçada, algo que Einstein ironizou chamando o fenômeno de "ação fantasmagórica à distância".

Jennifer Lin e seus colegas estão propondo agora - e demonstraram seus argumentos de forma bastante firme - que é justamente esse entrelaçamento quântico que gera as dimensões adicionais da teoria gravitacional.

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Universo Holográfico

Os argumentos se fundamentam no chamado "Princípio Holográfico", que vem ganhando sustentação por um número cada vez maior de físicos.

O Princípio Holográfico afirma que a gravidade de um volume tridimensional pode ser descrita pela mecânica quântica na superfície bidimensional que envolve esse volume - é matematicamente possível explicar as três dimensões do volume a partir das duas dimensões da superfície.

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Mas havia uma dificuldade: faltava compreender os mecanismos precisos que eventualmente permitiram o surgimento do volume interno a partir da superfície externa.

Foi isto que agora foi feito por Jennifer e seus colegas das universidades de Chicago e de Tóquio, que encontraram uma forma de mostrar que o entrelaçamento quântico é a chave para resolver esta questão.

Jennifer Lin descobriu uma ponte entre a mecânica quântica e a relatividade geral usando o modelo do Universo Holográfico.
[Imagem: UChicago]

Densidade de energia

Usando uma teoria quântica (que não inclui a gravidade), Jennifer mostrou como calcular a densidade de energia, que é uma fonte de interações gravitacionais em três dimensões, usando apenas dados do entrelaçamento quântico na superfície do holograma cósmico.

Em uma comparação mais simples, isto é análogo a diagnosticar as condições no interior tridimensional do seu corpo olhando para imagens de raios X em folhas bidimensionais.

Isto permitiu interpretar propriedades universais do entrelaçamento quântico como sendo condições para a densidade de energia que devem ser satisfeitas por qualquer teoria quântica da gravidade que se queira consistente, sem realmente incluir explicitamente a gravidade na teoria.

"Nosso artigo lança uma nova luz sobre a relação entre o entrelaçamento quântico e a estrutura microscópica do espaço-tempo através de cálculos explícitos. A interface entre a gravidade quântica [o trabalho dos físicos] e a ciência da informação [o trabalho dos matemáticos] está-se tornando cada vez mais importante para ambos os campos," disse o professor Hirosi Ooguri, orientador do trabalho.

Curiosamente, há poucos dias, outra equipe usou a gravidade, conforme descrita por Einstein, para chegar até os comportamentos estranhos descritos pela mecânica quântica:

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