Os cientistas conseguiram criar um método para avaliar a gravidade em níveis minúsculos, o que pode potencialmente aproximá-los de elaborar uma teoria da “gravidade quântica” e resolver alguns enigmas cósmicos significativos. A física quântica fornece aos cientistas a representação mais precisa do universo em dimensões subatômicas, enquanto a teoria geral da relatividade de Einstein fornece o retrato mais preciso da física em vastas escalas cósmicas. Apesar da robustez e precisão que essas duas teorias alcançaram, elas permaneceram resistentes à integração.
Esse dilema se deve principalmente ao fato de que, embora três das quatro forças fundamentais do universo – eletromagnetismo, a força nuclear forte e a força nuclear fraca – tenham explicações quânticas, não existe uma teoria quântica para a quarta força: a gravidade. No entanto, um grupo internacional fez progressos ao lidar com essa discrepância ao detectar efetivamente uma leve atração gravitacional em uma partícula minúscula por meio de uma nova abordagem. Os pesquisadores afirmam que isso pode representar o passo cauteloso inicial em uma trajetória que leva a uma teoria da “gravidade quântica”.
Tim Fuchs, cientista da Universidade de Southampton e membro da equipe de pesquisa, observou que, durante um século, os cientistas tentaram, sem sucesso, compreender a interação entre a gravidade e a mecânica quântica. A elucidação da gravidade quântica poderia potencialmente desvendar alguns dos enigmas do nosso universo, como suas origens, os fenômenos que ocorrem nos buracos negros ou a consolidação de todas as forças em uma teoria abrangente.
A discórdia entre a relatividade geral e a física quântica pode parecer apropriada, considerando o desconforto de Einstein com a física quântica. Seu mal-estar resultou de um aspecto particular da física quântica que ele achou especialmente desconcertante: o entrelaçamento. O entrelaçamento envolve a coordenação de partículas de uma maneira que a modificação dos atributos de uma partícula altera instantaneamente os atributos de sua contraparte emaranhada, mesmo que a última esteja situada no lado oposto do cosmos. Einstein chamou esse fenômeno de “ação assustadora à distância”, pois desafiou o princípio do realismo local. O realismo local postula que os objetos invariavelmente possuem propriedades definidas e que as interações entre esses objetos são limitadas pela distância e pela velocidade da luz, uma restrição de velocidade universal introduzida por Einstein como a pedra angular da relatividade especial.
A relatividade especial é a estrutura que abriu o caminho para o desenvolvimento da relatividade geral. Apesar das reservas de Einstein, os cientistas realmente demonstraram que o entrelaçamento e outros aspectos desconcertantes da física quântica são características genuínas da realidade em escalas subatômicas.
A prova da natureza não local do emaranhamento foi demonstrada com sucesso por meio de uma variedade de experimentos inovadores conduzidos por pesquisadores. Fuchs e sua equipe estão atualmente engajados em pesquisas que seguem o caminho traçado por físicos renomados como Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger, que receberam o Prêmio Nobel de Física em 2022 por confirmarem experimentalmente o aspecto não local do emaranhamento. Em seu último experimento quântico, os cientistas, colaborando com especialistas da Universidade de Southampton, da Universidade de Leiden e do Instituto de Fotônica e Nanotecnologias, utilizaram “armadilhas” magnéticas supercondutoras para medir a fraca força gravitacional atuando na menor massa já submetida a essa investigação. A minúscula partícula foi suspensa na armadilha supercondutora sob temperaturas em torno de -273 graus Celsius (-459,4 graus Fahrenheit), uma mera fração de grau acima do zero absoluto, a temperatura teórica na qual todo movimento atômico cessa. Essa temperatura extremamente baixa foi crucial para minimizar as vibrações das partículas ao mínimo absoluto, permitindo medições precisas. Por meio dessa abordagem inovadora, a equipe de pesquisa determinou com sucesso uma força gravitacional de 30 attonewtons agindo sobre a partícula.
Os attonewtons servem como uma unidade de medida de força, destacando a natureza infinitesimal da força gravitacional exercida sobre as partículas em estudo. Para ilustrar a minúcia da força gravitacional observada, é importante observar que um newton é definido como a força necessária para transmitir uma aceleração de um metro por segundo ao quadrado a uma massa de um quilograma — 30 attonewtons equivalem a 0,00000000000000003 newtons. Ao refletir sobre a conquista, Fuchs enfatizou a importância de medir os sinais gravitacionais na menor massa já documentada, ressaltando o progresso em direção a uma compreensão abrangente das interações gravitacionais. Olhando para o futuro, ele delineou planos para refinar ainda mais a técnica, reduzindo progressivamente a fonte de energia até atingir o reino quântico nas duas extremidades do espectro. Esse processo iterativo é promissor para revelar mecanismos intrincados que governam os fenômenos gravitacionais no nível quântico.
