Os cientistas redefiniram a gravidade para explicar o Big Bang e talvez mudar a nossa visão dos primeiros momentos do Universo. Esta nova estrutura de “gravidade quântica” poderia explicar aspectos do Big Bang que a teoria da gravidade de Albert Einstein (relatividade geral) de 1915 não conseguiu explicar, e poderia até eliminar a noção desafiadora de uma singularidade que existia antes do nascimento do universo.
Provar o conceito de gravidade quântica é um Santo Graal para os físicos porque preencheria a lacuna entre as nossas interpretações do universo em vastas escalas cósmicas.relatividade geral) e em pequenas escalas (física quântica).
“A relatividade geral funciona muito bem em muitas situações, mas quando a estendemos até ao Big Bang e a aplicamos ao interior de um buraco negro, ela prevê uma singularidade: o momento em que a densidade, a curvatura e a temperatura se tornam oficialmente infinitas. Isso geralmente é um sinal de que a teoria está sendo levada além dos limites da plausibilidade”, disse Afshodi ao Space.com. “Em outras palavras, a relatividade geral pode ser incompleta para descrever os primeiros momentos do universo, quando os efeitos quânticos também deveriam ser importantes.”
Estendendo a imagem padrão da relatividade geral
Afshordi explica que na imagem padrão Big Bangos cientistas normalmente começam com a teoria da gravidade de Einstein e depois adicionam ingredientes adicionais para explicar os primeiros momentos do universo, mais notavelmente um hipotético “campo inflacionário” para explicar a rápida expansão inicial do universo.
Nossa abordagem pergunta se parte do comportamento do universo primitivo poderia vir diretamente da própria gravidade, uma vez que a gravidade foi estendida de uma forma que ainda funcionava melhor em energias muito altas, “disse ele.” Então, em vez de tratar o Big Bang como o ponto onde nossas equações falharam e depois compensá-lo com suposições adicionais, olhamos para uma teoria na qual a gravidade já incluía os ingredientes necessários para descrever os estágios ultra-primeiros de forma mais consistente. Isto é o que os físicos chamam de conclusão ultravioleta: uma teoria que permanece completa e autoconsistente mesmo em energias arbitrariamente altas.”
A extensão da gravidade quântica coerente da equipe restaura um modelo da expansão do universo primitivo, ao mesmo tempo que elimina potencialmente a noção perturbadora de uma singularidade inicial.
“Nosso modelo se ajusta muito bem aos dados atuais e, em alguns casos, melhor do que muitos modelos de inflação padrão”, disse Afshodi. “O que é mais surpreendente para mim é que, uma vez que a teoria é tratada em uma estrutura completa consistente de alta energia ou ultravioleta, fases semelhantes à inflação emergem naturalmente. Muitas vezes pensamos na inflação como algo que deve ser adicionado à gravidade, por isso é surpreendente que ela possa ser gerada pela própria gravidade. De forma mais ampla, é encorajador ver como as origens relativamente mínimas da teoria de Einstein já podem percorrer um longo caminho para resolver grandes questões sobre a origem do universo.”
O próximo passo da equipe é fortalecer as previsões observacionais do modelo e compará-las cuidadosamente com dados futuros, acrescentaram os pesquisadores.
“Existem duas direções principais. A primeira é teórica: queremos compreender o quadro de forma mais completa e testar o quão robustas são as conclusões para além do cenário simplificado do nosso estudo”, continuou Afshodi. “A segunda é observacional: esperamos fazer previsões mais claras sobre as ondas gravitacionais primordiais e outros vestígios do universo primitivo. Isto ajudará a determinar se esta ideia pode ser distinguida dos modelos mais tradicionais de inflação.”
Evidências observacionais que ajudam a corroborar a teoria da equipe podem vir de alguns dos sinais observáveis mais antigos do universo, especificamente pequenas ondulações no espaço e no tempo conhecidas como ondas gravitacionais primordiais, e impressões sutis em fósseis cósmicos conhecidas como “ondas gravitacionais primordiais”. fundo cósmico de microondas (CMB), o remanescente da primeira luz do universo. “Estes estão entre os poucos detectores que podem nos informar diretamente sobre a física nos primórdios”, disse Afshodi. “Se observações futuras descobrirem o padrão correto das ondas gravitacionais primordiais, ou outras impressões únicas na radiação cósmica de fundo, isto poderá fornecer uma forma de testar se esta imagem do universo primitivo está correta, ou se é necessária uma explicação mais tradicional.”
A pesquisa da equipe é publicada na revista Cartas de revisão física.
