Um busto de Max Planck é varrido rapidamente. Planck é conhecido como um dos fundadores da teoria quântica. Michael Gottschalk / AFP / Getty Images p Mais frequentes do que não, as perguntas que surgem durante o dia são aquelas a que todos podemos responder com bastante segurança. Você já almoçou? Você ouviu a nova música de Taylor Swift? É um confessionário sobre um garoto com quem ela namorou uma vez?
p Mas quando começamos a refletir sobre as grandes questões - aquela que enfrentamos hoje pergunta se a mecânica quântica e a relatividade geral podem ser reconciliadas - nossa autoconfiança despenca. A mecânica quântica não tem algo a ver com planetas? A relatividade geral é aquela com a energia igualando a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado? Esperar, isso era massa ou movimento? Ou minutos. São minutos, não é?
p Sem medo. Embora esta pergunta seja extremamente difícil de responder, a questão em si é tão simples quanto decifrar a letra de uma estrela pop. Antes de começarmos a resolver o universo insolúvel, vamos decompor os componentes. p Primeiro, vamos abordar a mecânica quântica. E é um bom lugar para começar, porque é o estudo de algo extremamente pequeno - matéria e radiação nos níveis atômico e subatômico. Na verdade, foi apenas quando os cientistas começaram a compreender os átomos que a velha física regular precisou de uma pequena correção. Porque como os cientistas olharam para os átomos, eles não se comportaram como o resto do universo. Por exemplo, elétrons não orbitam o núcleo como um planeta orbitando o sol - em caso afirmativo, eles teriam caído no núcleo [fonte:Stedl]. p Ficou claro que a física clássica não o cortou em escala atômica. Portanto, a mecânica quântica surgiu da necessidade de compreender como fenômenos muito pequenos agiam de maneira diferente das grandes coisas na ciência. O que descobrimos foi que algo como um fóton poderia atuar como uma partícula (que carrega massa e energia) e uma onda (que carrega apenas energia). Isso é importante - podem ser duas coisas ao mesmo tempo. E isso significa que as menores partes do universo flutuam dramaticamente, e sem nenhuma maneira de saber o local específico a qualquer momento.
p Agora não tenha medo. A relatividade geral tem duas grandes ideias:uma sobre espaço e tempo, outro sobre a gravidade. Como você e eu vemos, o espaço e o tempo estão em segundo plano. Eles estão consertados. Eles existem cronologicamente (e meio que monoliticamente). Na relatividade geral, espaço e tempo são uma dimensão unificada (chamada de espaço-tempo, convenientemente). Mas é o seguinte:o espaço-tempo pode ser grande e unificado, mas não está pendurado em segundo plano. A teoria da relatividade geral diz que o espaço-tempo pode ser afetado pela matéria. Isso significa que você - como matéria, existentes - estão mudando o espaço e o tempo. p OK, não exatamente. Na verdade, são coisas realmente grandes que estão causando a distorção do espaço-tempo. O sol, por exemplo, está curvando o espaço-tempo em sua direção. E o que isso implicaria? Ah, isso mesmo:planetas menores entrariam em órbita ao seu redor. p O que nos leva à gravidade. De fato, a relatividade geral não era apenas Einstein dando tapinhas nas costas de Newton e dizendo:"Sim, Senhor, a gravidade é uma coisa! "Em vez disso, Einstein nos deu uma razão para a gravidade - que a curvatura do espaço-tempo fez a gravidade existir, e fez o universo agir da maneira que o fez. p Então qual é o problema? Einstein nos mostrou uma maneira alucinante de como o universo funciona, e a mecânica quântica nos mostra uma maneira fascinante como as partículas em um nível atômico e subatômico funcionam. Infelizmente, um não explica o outro. O que significa que deve haver alguma teoria maior abrangendo-os ... ou não?
Um buraco negro pode ser uma das melhores apostas para descobrir como a mecânica quântica e a relatividade se relacionam. Retratado aqui é um grande buraco negro agarrando gás de uma estrela companheira. Imagem cortesia da NASA E / PO, Sonoma State University, Aurore Simonnet p Não podemos entender como a mecânica quântica e a teoria geral da relatividade poderiam se reconciliar sem primeiro entender como eles - agora - não o fazem. Porque acontece que nenhum dos dois realmente funciona se o outro for verdadeiro.
p Einstein disse que o espaço-tempo é uma constante suave, e que apenas coisas grandes podem distorcê-lo. A mecânica quântica disse que as menores partes do universo estão constantemente, flutuando dramaticamente e mudando.
p Se a mecânica quântica estiver correta e tudo estiver em movimento difuso constantemente, então a gravidade não funcionaria da maneira que Einstein previu. O espaço-tempo também teria que estar constantemente em conflito com tudo ao seu redor, e agiria de acordo. Além disso, a mecânica quântica dizia que não era possível - com certeza - declarar uma ordem definida. Em vez de, você tinha que se contentar com a previsão de probabilidades. p Por outro lado, se a relatividade geral estiver correta, então a matéria não poderia flutuar tão descontroladamente. Você poderia, em algum ponto, ser capaz de saber onde está toda a matéria e exatamente para onde vai. Que, novamente, está em desacordo com a mecânica quântica. p Mas tenha certeza de que os cientistas, físicos e especialistas em poltrona estão todos tentando desesperadamente encontrar uma maneira de reconciliar os dois. Um favorito é a teoria das cordas, que diz em vez de uma partícula agindo como um ponto, ele atua como uma corda. Isso significa que ele seria capaz de acenar, se mover e fazer um loop e geralmente fazer todo tipo de coisa que um ponto não poderia. Ele também pode transmitir a gravidade em um nível quântico, e a propagação das partículas em uma corda, teoricamente, tornaria um objeto menos saliente, atmosfera menos louca. O que abre a teoria, claro, concordar com a relatividade geral. Mas tenha em mente que a teoria das cordas nunca foi confirmada por nenhum experimento - e há muito debate se isso puder ser provado. p Se tal experimento monumental ocorresse, provavelmente aconteceria em um acelerador de partículas. É onde podemos encontrar superparceiros. (Não, não Batman e Robin). Superparceiros fazem parte da teoria das cordas que diz que cada partícula tem uma partícula supersimétrica parceira que é instável e que gira de forma diferente (por exemplo, o elétron e o selétron ou o gráviton e o gravitino). Sorte para nós, em 2010, encontramos evidências de nosso primeiro bóson de Higgs ao colidir partículas no Grande Colisor de Hádrons, portanto, podemos estar a caminho de provar experimentalmente a teoria das cordas. p Spin também pode nos ajudar a experimentar emaranhamento quântico , onde os elétrons ficam presos no spin uns dos outros. É fácil ver em espaços pequenos, mas os cientistas estão trabalhando para enviar fótons ao espaço e de volta para medir como eles funcionam em uma grande distância - e curvatura - do espaço e do tempo. p Mas também podemos olhar para os buracos negros para descobrir uma Teoria de Tudo (um TOE!). Em um buraco negro, você tem uma coisa muito pesada (uma estrela, a que se aplica a relatividade geral) e uma coisa muito pequena (a partícula minúscula em que é esmagada, que explica a mecânica quântica). Portanto, se pudermos determinar o que acontece - ou o que muda - quando o grande fica pequeno, podemos apenas reconciliar a mecânica quântica e a teoria geral da relatividade.
