p Na atual teoria quântica de campos, a causalidade é tipicamente definida pelo desaparecimento de comutadores de campo para separações semelhantes ao espaço. Dois pesquisadores da University of Massachusetts e da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro realizaram recentemente um estudo discutindo e sintetizando alguns dos principais aspectos da causalidade na teoria quântica de campos. Seu papel, publicado na Physical Review Letters, é o resultado de sua investigação de uma teoria da gravidade quântica comumente referida como "gravidade quadrática". p "Como os ingredientes do modelo padrão, a gravidade quadrática é uma teoria de campo quântico renormalizável, mas tem algumas propriedades peculiares, "John Donoghue, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse Phys.org. “A pequena violação de causalidade é a mais importante delas e nosso objetivo era entender isso melhor. No processo, percebemos que alguns dos insights são de interesse mais geral e decidimos escrever nosso entendimento como uma Carta de Revisão Física, para compartilhar esses insights de forma mais ampla. "

p O artigo escrito por Donoghue e seu colega Gabriel Menezes sintetiza muitos aspectos diferentes da causalidade que fazem parte da teoria quântica de campos há várias décadas. A constatação de que pode haver violações microscópicas de causalidade em certas teorias remonta à década de 1960, especificamente para o trabalho dos físicos T.D. Lee e G.C. Pavio. Em seu estudo, Contudo, Donoghue e Menezes também se inspiraram em um estudo mais recente realizado por Donal O'Connell, Benjamin Grinstein e Mark B. Wise.

p Até aqui, a maioria das discussões teóricas sobre causalidade, especificamente a "seta do tempo, “afirmaram que as leis da física não têm preferência pelo fluxo do tempo. esta suposição particular não é aplicável à física quântica, onde uma direção para efeitos causais está presente.

p "Os vários fatores de eu nos procedimentos de quantização estão relacionados à direção da ação causal, que leva à 'seta da causalidade' na física quântica, "Donoghue explicou." Esta conexão não é discutida com muita freqüência. "

p Donoghue e Menezes ficaram intrigados com o fato de que o sentimento macroscópico de causalidade, que também é aplicável à física clássica, é devido à estrutura subjacente da teoria quântica. Em seu artigo recente, eles examinaram este aspecto particular da causalidade mais a fundo, a fim de reunir informações sobre seu significado e implicações.

p "A ideia de que pode haver um duelo de flechas de causalidade dentro de uma mesma teoria é ainda mais obscura, "Donoghue disse." No entanto, isso acontece em um cenário muito simples, onde o Lagrangiano para a teoria tem mais poderes de derivadas do que o normal. Isso é o que acontece na gravidade quadrática, mas também poderia acontecer em outras teorias. "

p Mesmo que a direção da influência causal seja uma convenção associada à escolha de uma descrição da medição do tempo, sua existência é um requisito necessário com base nas leis da física quântica. Nesse contexto, Donoghue e Menezes observaram que a seta da causalidade pode ser potencialmente violada por ter convenções conflitantes.

p "Talvez a implicação mais importante de nosso estudo seja que coletamos evidências de incerteza causal devido às flutuações do espaço-tempo que podem surgir em uma teoria quântica da gravidade, "Menezes disse." Isso nos forneceria uma compreensão intuitiva profunda das origens da causalidade. "

p Cerca de uma década atrás, O'Connell, Grinstein e Wise realizaram um estudo parcialmente baseado em uma série de palestras de Sidney Coleman. Eles sugeriram especificamente que, em uma descrição de pacote de ondas de um processo de espalhamento com setas causais mistas, pode-se verificar que os produtos de decomposição podem ser detectados antes do que seria esperado no momento da produção e a probabilidade de detecção associada diminui exponencialmente para trás no tempo. Em seu estudo, Donoghue e Menezes examinaram essa ideia com mais detalhes.

p "Uma implicação de nosso estudo é que, embora as ideias apresentadas por O'Connell e seus colegas, bem como outras equipes de pesquisa, poderia, em princípio, ser observado, não há conflito com experimentos no caso da gravidade, pois o fenômeno ocorre em energias da ordem da escala de Planck, que é 15 ordens de magnitude maior do que a faixa de energia acessível ao LHC, "Disse Menezes.

p O estudo recente de Donoghue e Menezes oferece uma discussão geral e valiosa da causalidade e da flecha da causalidade, focalizando especificamente em como uma dada teoria pode ter setas para frente e para trás. Esta discussão toca no tópico da reversão do tempo na teoria de campo, para que pudesse informar uma variedade de estudos de física. Também pode ajudar a esclarecer a teoria quântica da gravidade quadrática, que ainda tem muitas perguntas sem resposta.

p Geral, Donoghue e Menezes sugerem que convenções mistas em teorias físicas individuais poderiam de fato ser possíveis e que estudos futuros deveriam explorar mais este tópico. Os pesquisadores agora estão trabalhando em um projeto que visa explorar plenamente o fenômeno da incerteza de causalidade devido às flutuações quânticas do campo gravitacional.

p "Existem algumas outras considerações técnicas que precisamos abordar em relação a esta descrição da gravidade quântica como uma teoria quântica de campo renormalizável, "Disse Menezes." Um deles diz respeito à estabilidade da gravidade quadrática em fundos curvos, que já foi estudado por outros autores. Esperançosamente, eles também farão parte deste trabalho futuro. Em todo o caso, a investigação mais intrigante que esperamos conduzir será o estudo do efeito da incerteza causal no início do Universo. " p © 2019 Science X Network