Chance de existência da “gravidade emergente” ameaça mudar leis da física; entenda

Em 2009, uma radical reformulação da gravidade foi proposta pelo físico teórico Erik Verlinde. A teoria do profissional indica que a gravidade não é uma força fundamental, mas, sim, uma manifestação de processos ocultos mais profundos, aponta o LiveScience.

Todavia, nos 15 anos que se passaram desde então, poucas experiências para comprovar ou não a teoria foram realizadas.

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“Gravidade emergente”: para onde essa teoria vai?

A emergência é natural na física. Por exemplo, a propriedade da temperatura não é intrínseca aos gases. Ao invés disso, é resultado emergente de diversas colisões microscópicas.

Para isso, temos ferramentas necessárias para a combinação dessas colisões microscópicas com a temperatura. De fato, existe todo um ramo da física, conhecido como mecânica estatística, que faz essas conexões serem conhecidas.

Já em outras áreas, as ligações entre comportamentos microscópicos e propriedades emergentes são pouco claras. Um exemplo é a supercondutividade, a qual entendemos os mecanismos simples que a regem, mas não sabemos como as interações microscópicas levam ao surgimento de supercondutores de alta temperatura.

• Já a teoria de Verlinde se baseia em observações de Stephen Hawking e Jacob Bekenstein na década de 1970;
• Eles analisaram que muitas propriedades dos buracos negros podem ser expressas em termos das leis da termodinâmica;
• Mas as leis da termodinâmica emergem de processos microscópicos;
• Verlinde acredita que isso foi mais do que simples coincidência e indicou que o que percebemos como sendo a gravidade pode estar emergindo de algum processo físico mais profundo.

A primeira versão de sua teoria foi divulgada em 2009. Não precisamos, necessariamente, saber quais são esses processos mais profundos, pois já temos o conjunto de ferramentas para descrever as propriedades emergentes. Trata-se da mecânica estatística.

A seguir, Verlinde aplicou tais técnicas à gravidade e chegou à formulação alternativa dela. E, como a gravidade também se liga aos conceitos de movimento, inércia, espaço e tempo, isso significa que o Universo também emerge desses processos mais profundos.

Em um primeiro momento, não houve grande resultado: reescrever uma conhecida e importante lei da física, apesar de ser interessante, não fornece, necessariamente, conhecimentos mais profundos.

Só que, em 2016, Verlinde expandiu a teoria ao descobrir que um Universo que contém matéria escura conduz, naturalmente, a nova propriedade emergente do Espaço, permitindo, assim, que avançasse para dentro de si em regiões de baixa densidade.

A descoberta entusiasmou bastante o pesquisador, já que forneceu explicação alternativa para a matéria escura. Hoje em dia, os astrônomos acreditam que a matéria escura é substância misteriosa e invisível que constitui boa parte de toda a massa de cada galáxia.

Apesar de essa hipótese explicar muitas observações, desde as taxas de rotação das estrelas nas galáxias até a evolução das maiores estruturas existentes no cosmos, a misteriosa partícula ainda não foi identificada.

A visão de Verlinde sobre a gravidade emergente aponta que, assim que entramos em regiões de baixa densidade (quase tudo fora do Sistema Solar), a gravidade se comporta de forma diferenciada do que se espera da teoria da relatividade geral de Albert Einstein.

Em grandes escalas, existe atração natural para dentro do próprio Espaço, forçando a matéria a se aglomerar com mais força do que aconteceria de outra forma.

Tal ideia permitiu aos astrônomos encontrar nova forma de testar a teoria. Os observadores poderiam colocar a nova teoria da gravidade em modelos de estrutura e evolução das galáxias para achar diferenças entre ela e os modelos de matéria escura.

Ao longo dos anos, contudo, os experimentos deram resultados distintos. Alguns testes iniciais favoreceram a gravidade emergente em detrimento da matéria escura quanto às taxas de rotação das estrelas. Só que observações mais recentes não encontraram vantagem alguma.

Além disos, a matéria escura também pode explicar muito mais do que as taxas de rotação das galáxias. Testes em aglomerados de galáxias descobriram que a gravidade emergente é insuficiente para isso.

E agora?

Apesar de todas essas contradições, não é o fim da gravidade emergente. A ideia ainda é nova e requer muitas suposições em seus cálculos para funcionar. Sem teoria totalmente realizada, é difícil dizer se as previsões feitas para o comportamento das galáxias e aglomerados representam precisamente o que a gravidade emergente nos diria.

Ainda, os astrônomos estão tentando desenvolver testes mais rigorosos, como usar dados da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, de modo a realmente testar a teoria.

A gravidade emergente segue como ideia bastante intrigante. Se estiver correta, seria preciso remodelar radicalmente nossa compreensão do mundo natural e de como ver a gravidade e o movimento, além de conceitos ainda mais fundamentais, como o tempo e o espaço, através de “lente de emergência” a partir de interações mais profundas e complicadas.

Mas, por enquanto, essa ideia continua sendo simplesmente intrigante. Somente o tempo e testes observacionais extensivos nos dirão se estamos no caminho certo.