A física fundamental enfrenta um paradoxo persistente: a impossibilidade atual de conciliar as regras do mundo quântico com as da gravidade, apesar de um século de esforços. Esta divergência teórica persiste sem que os cientistas consigam chegar a uma visão unificada.
Desde os trabalhos de Einstein, a gravidade é interpretada como uma deformação do espaço-tempo provocada pela massa. Paralelamente, a mecânica quântica descreve as interações em escala subatômica através de quanta, como o fóton para a força eletromagnética. A hipótese de um gráviton, partícula mediadora da gravidade, permanece especulativa devido às dificuldades extremas de detecção.
Nos anos 1950, Richard Feynman imaginou uma experiência de pensamento onde um objeto, como uma maçã, é colocado em superposição quântica, existindo em vários estados simultaneamente. Ele estimava que se este objeto interagisse gravitacionalmente com outro, isso demonstraria a natureza quântica da gravidade. Esta proposta orientou durante muito tempo as pesquisas sobre a unificação das teorias.
Joseph Aziz e Richard Howl, da Universidade de Londres, abalaram recentemente esta concepção. Os seus cálculos indicam que o emaranhamento quântico entre objetos pode ocorrer mesmo que a gravidade seja clássica, sem recorrer a grávitons. Eles evocam processos virtuais de matéria que, ao interagirem com o campo gravitacional, permitem este emaranhamento. A sua abordagem alarga as perspetivas sobre as interações fundamentais.
Neste modelo, partículas virtuais, embora efémeras, desempenham um papel crucial ao facilitar o emaranhamento através da gravidade clássica. Autorizadas pelos princípios quânticos, estas entidades temporárias criam correlações entre os objetos, simulando parcialmente os efeitos de uma gravidade quântica. Contudo, a intensidade destas correlações é menor, o que poderá ajudar a distinguir os dois cenários em experiências futuras.
A implementação prática da experiência de Feynman representa um desafio técnico considerável, pois os estados de superposição são altamente sensíveis à descoerência. Grupos de pesquisa no Reino Unido, na Áustria e noutros locais tentam superar estes obstáculos, mas os progressos são lentos. A viabilidade depende do isolamento dos sistemas quânticos das perturbações externas, uma tarefa exigente com as tecnologias atuais.
Os resultados de Aziz e Howl, publicados na
Nature, oferecem pistas inovadoras para explorar as ligações entre gravidade e quântico. Embora não rejeitem a eventualidade de uma gravidade quântica, eles destacam mecanismos alternativos de emaranhamento, enriquecendo o debate científico sobre a harmonização das leis físicas.
A superposição quântica
A superposição quântica é um princípio fundamental onde uma partícula ou sistema existe em múltiplos estados simultaneamente até que uma medição seja efetuada. Este estado é descrito por uma função de onda, que representa as probabilidades das diferentes configurações possíveis. Por exemplo, um eletrão pode ter um spin simultaneamente 'para cima' e 'para baixo', e só no momento da observação é que uma das possibilidades se realiza. Este fenómeno desafia a intuição clássica, onde os objetos têm propriedades bem definidas em qualquer instante.
A ideia de superposição remonta aos inícios da mecânica quântica, com experiências como a do gato de Schrödinger, que ilustra os paradoxos relacionados com este estado. Na prática, as superposições são observadas em sistemas isolados, como os átomos frios ou os circuitos supercondutores. Elas permitem aplicações como a computação quântica, onde os qubits exploram esta propriedade para efetuar cálculos paralelos. Contudo, manter a superposição necessita de um ambiente muito controlado para evitar a descoerência.
A descoerência ocorre quando o sistema quântico interage com o seu ambiente, provocando o colapso da função de onda e a perda da superposição. Este processo explica porque é que os objetos macroscópicos, como uma maçã, não parecem estar em estados superpostos na vida quotidiana. Os físicos trabalham para minimizar estas interações nos laboratórios, utilizando técnicas de arrefecimento e isolamento para preservar os estados quânticos durante mais tempo.
Compreender a superposição é essencial para avançar em domínios como a criptografia quântica e os sensores ultra-precisos. Ela abre caminho a novas tecnologias ao mesmo tempo que coloca questões filosóficas sobre a natureza da realidade. As pesquisas continuam para explorar os limites deste fenómeno e o seu papel no universo a diferentes escalas.
O papel das partículas virtuais
As partículas virtuais são entidades conceptuais em física quântica que aparecem brevemente durante as interações, sem ter uma existência permanente. Elas são permitidas pelo princípio da incerteza de Heisenberg, que autoriza flutuações de energia em períodos muito curtos. No âmbito da teoria quântica de campos, estas partículas mediam as forças fundamentais, como o eletromagnetismo, onde fotões virtuais facilitam a interação entre cargas elétricas.
Ao contrário das partículas reais, as virtuais não podem ser diretamente detetadas, pois não obedecem às leis de conservação de energia e massa em períodos longos. A sua presença explica fenómenos como o efeito Casimir, onde elas criam uma força atrativa entre duas placas metálicas próximas. Elas explicam também certas propriedades do vazio quântico, que não está vazio mas preenchido com flutuações permanentes.
Relativamente à gravidade, se ela fosse quântica, grávitons virtuais seriam supostos mediar a interação. Contudo, os trabalhos recentes sugerem que mesmo com uma gravidade clássica, podemos encontrar efeitos semelhantes ao emaranhamento. Estas partículas virtuais interagem com os campos quânticos dos objetos, criando correlações sem necessitar de grávitons. Isto alarga as possibilidades de interação num quadro não quântico.
O estudo das partículas virtuais ajuda a compreender aspetos profundos da física, como a radiação de Hawking ou a matéria escura. Embora conceptuais, elas têm implicações práticas no desenvolvimento de novas teorias e tecnologias. As pesquisas continuam para melhor compreender a sua natureza e a sua influência no universo observável.
Fonte: Nature