p O físico teórico moderno enfrenta uma escalada difícil. "À medida que aprendemos mais, a realidade se torna cada vez mais sutil; o absoluto se torna relativo, o fixo torna-se dinâmico, o definido está carregado de incertezas, "escreve o físico Yasha Neiman. p Professor e chefe da Unidade de Gravidade Quântica da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), ele lida com esse enigma diariamente. Gravidade quântica, O ramo da física de Neiman, visa unificar a mecânica quântica, que descreve a natureza na escala de átomos e partículas subatômicas, com a Teoria da Relatividade Geral de Einstein - a moderna teoria da gravitação como a curvatura do espaço e do tempo. Quão, ele pergunta, Os físicos podem escrever equações quando a própria geometria do espaço fica sujeita à incerteza quântica? Gravidade quântica, a fronteira atual na teoria fundamental, provou ser mais difícil de desembaraçar do que os conceitos anteriores, de acordo com Neiman.

p "Com o conceito de espaço escorregando entre nossos dedos, buscamos bases alternativas nas quais basear nossa descrição do mundo, " ele escreve.

p Esta busca por pontos de apoio alternativos é, em essência, uma busca por uma nova linguagem para descrever a realidade - e é o assunto de seu trabalho mais recente, publicado no Journal of High Energy Physics . No papel, Neiman propõe um novo ponto de vista sobre a geometria do espaço e do tempo, que se baseia em abordagens bem estabelecidas na física, como holografia e teoria do twistor, para alcançar um novo terreno.

p A holografia é um desdobramento da teoria das cordas, a teoria de que o universo é feito de objetos unidimensionais chamados cordas, que foi desenvolvido no final dos anos 1990. A holografia imagina os confins do universo como a superfície de uma esfera infinitamente grande que forma a fronteira do espaço. Mesmo que a geometria flutue dentro desta esfera, esse "limite no infinito" na superfície da esfera pode permanecer fixo.

p Nos últimos 20 anos, a holografia tem sido uma ferramenta inestimável para conduzir experimentos mentais de gravidade quântica. Contudo, observações astronômicas mostraram que essa abordagem não pode realmente se aplicar ao nosso mundo. "A expansão acelerada do nosso universo e a velocidade finita da luz conspiram para limitar todas as observações possíveis, presente ou futuro, a uma região finita - embora muito grande - do espaço, "Neiman escreve.

p Em tal mundo, o limite no infinito, onde a imagem holográfica do universo está baseada, não é mais fisicamente significativo. Um novo quadro de referência pode ser necessário - um que não tente encontrar uma superfície fixa no espaço, mas que deixa espaço para trás.

p Na década de 1960, na tentativa de entender a gravidade quântica, o físico Roger Penrose propôs uma alternativa tão radical. Na teoria do twistor de Penrose, pontos geométricos são substituídos por torções - entidades que mais se assemelham a esticadas, formas semelhantes a raios de luz. Dentro deste espaço de twistor, Penrose descobriu uma maneira altamente eficiente de representar campos que viajam na velocidade da luz, como campos eletromagnéticos e gravitacionais. Realidade, Contudo, é composto de mais do que campos - qualquer teoria também precisa levar em conta as interações entre os campos, como a força elétrica entre as cargas, ou, no caso mais complicado da Relatividade Geral, atração gravitacional resultante da energia do próprio campo. Contudo, incluir as interações da Relatividade Geral neste quadro provou ser uma tarefa formidável.

p Então, podemos expressar em linguagem de twistor uma teoria quântica gravitacional completa, talvez mais simples do que a relatividade geral, mas com campos e interações totalmente levados em consideração? Sim, de acordo com Neiman.

p O modelo de Neiman baseia-se em maior gravidade de rotação, um modelo desenvolvido por Mikhail Vasiliev nas décadas de 1980 e 1990. A gravidade do spin mais alto pode ser considerada o "primo menor" da Teoria das Cordas, "muito simples para reproduzir a Relatividade Geral, mas muito instrutivo como um playground para ideias, "como diz Neiman. Em particular, é perfeitamente adequado para explorar possíveis pontes entre a holografia e a teoria dos twistores.

p Por um lado, conforme descoberto por Igor Klebanov e Alexander Polyakov em 2001, gravidade de rotação mais alta, assim como a teoria das cordas, pode ser descrito holograficamente. Seu comportamento no espaço pode ser capturado completamente em termos de uma fronteira no infinito. Por outro lado, suas equações contêm variáveis ​​semelhantes a twistor, mesmo que eles ainda estejam ligados a pontos específicos no espaço comum.

p A partir desses pontos de partida, O artigo de Neiman dá mais um passo, construir um dicionário matemático que reúne as linguagens da holografia e da teoria dos twistores.

p "A matemática subjacente que faz esta história funcionar tem a ver com raízes quadradas, "escreve Neiman." Trata-se de identificar maneiras sutis em que uma operação geométrica, como uma rotação ou reflexão, pode ser feito 'pela metade'. Uma raiz quadrada inteligente é como encontrar uma rachadura em uma parede sólida, abrindo em dois, e revelando um novo mundo. "

p Usar raízes quadradas dessa forma tem uma longa história em matemática e física. Na verdade, a forma intrínseca de todas as partículas de matéria - como elétrons e quarks - bem como torções, é descrito por uma raiz quadrada de direções comuns no espaço. Em um sentido técnico sutil, O método de Neiman para conectar o espaço, seu limite no infinito, e espaço twistor, resume-se a obter essa raiz quadrada novamente.

p Neiman espera que sua prova de conceito possa pavimentar o caminho em direção a uma teoria quântica da gravidade que não depende de uma fronteira no infinito.

p "Será preciso muita criatividade para descobrir o código do mundo, "diz Neiman." E há alegria em ficar procurando por ele.