Uma abordagem quântica para um problema de singularidade

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Uma nova abordagem quântica para o problema das singularidades poderia responder à questão do que acontece no centro de um buraco negro como este encontrado na galáxia M87. Crédito: Event Horizon Telescope Collaboration et al.

Uma das principais questões da relatividade geral que a separa de outras descrições do universo, como a física quântica, é a existência de singularidades. Singularidades são pontos que, quando descritos matematicamente, dão um valor infinito e sugerem áreas do Universo onde as leis da física deixariam de existir - ou seja, pontos no início do Universo e no centro dos buracos negros.

Um novo artigo na Física Nuclear B , publicado por Roberto Casadio, Alexander Kamenshchik e Iberê Kuntz do Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Itália, sugere que estender o tratamento de singularidades na física clássica para a física quântica pode ajudar a resolver esta disparidade entre ramos da física.

“Nenhuma descrição da natureza é perfeita e completa. Cada teoria tem seu domínio de aplicabilidade, além do qual ela se quebra e suas previsões não fazem mais sentido”, diz Casadio. Como exemplo, ele cita as teorias de Newton, que ainda são robustas o suficiente para enviar foguetes ao espaço, mas caem quando descrevem os muito pequenos ou tremendamente massivos.

“Este é um problema sério porque a relatividade geral  - a teoria que melhor descreve a interação gravitacional no momento - prediz a existência de singularidades de forma bastante genérica”, diz Casadio. "É como ter um buraco no espaço, onde nada pode existir, mas no qual cairão os observadores e tudo o mais".

Casadio sugere que isso pode ser visto como um pedaço de papel com um pequeno orifício. “Você pode mover a ponta da caneta no papel, o que representa o movimento de uma partícula, mas se chegar ao orifício, a caneta para de desenhar repentinamente e as partículas desaparecem repentinamente”, diz ele. "Isso ilustra como as singularidades são obstáculos teóricos que nos impedem de compreender totalmente a natureza".

Casadio acrescenta que o fato de a física deixar de existir nas singularidades leva a questões não respondidas como: O que realmente aconteceu no início do Universo? Tudo nasceu de um ponto que nunca existiu realmente? O que acontece com uma partícula quando ela cai no centro de um buraco negro?

“Essas questões em aberto são a razão pela qual somos compelidos por nossa curiosidade a seguir essa linha de investigação”, diz ele. "Nossa abordagem depende fortemente dos métodos da teoria quântica de campos (QFT): a estrutura que combina a mecânica quântica e a relatividade especial e dá origem ao modelo padrão muito bem-sucedido da física de partículas."

Os autores usaram as ferramentas do QFT para construir um objeto matemático que pode sinalizar a presença de singularidades em quantidades mensuráveis ​​experimentalmente. Esse objeto, que eles chamaram de "número do enrolamento funcional", é diferente de zero na presença de singularidades e desaparece em sua ausência.

Esta abordagem revelou que certas singularidades previstas teoricamente não afetam quantidades que podem, em princípio, ser medidas experimentalmente e, portanto, permanecem construtos matemáticos inofensivos.

“Se nosso formalismo sobreviveu ao escrutínio científico e acabou sendo a abordagem correta, isso sugeriria a existência de um princípio físico muito profundo, então as escolhas das variáveis ​​físicas são bastante sem importância”, conclui Casadio. "Isso pode ter consequências para a nossa compreensão da física, mesmo além do assunto das singularidades".

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Mais informações: Roberto Casadio et al, Singularidades covariantes na teoria quântica de campos e gravitação quântica, Física Nuclear B (2021). DOI: 10.1016 / j.nuclphysb.2021.115496

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Fonte: Phys News / por SciencePOD / 11-12-2021

https://phys.org/news/2021-12-quantum-approach-singularity-problem.html    

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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