Trata-se de ciência, não de ficção científica: o espaço-tempo de um universo simulado foi manipulado em um laboratório

Compreender o espaço e o tempo em toda a sua complexidade não é fácil. Não somos nós que dizemos isso; é Álvaro de Rújula, um prestigiado físico de partículas que, entre muitas outras realizações, lecionou em Harvard e chefiou a divisão de física teórica do CERN. Ele até teve a oportunidade de viajar no tempo para conversar cara a cara com Albert Einstein (na ficção e com muita graça, é claro).

"O espaço e o tempo são tão fundamentais que podemos falar sobre eles, mas sem sermos capazes de identificar com a máxima precisão o que realmente são. Poderíamos comparar o espaço a uma espécie de conjunto de dominós, de modo que possamos colá-los em um plano e, em seguida, colocar outro plano sobre ele, construído da mesma maneira. Obviamente, o espaço não é realmente assim, mas essa comparação pode nos ajudar a entender sua natureza de alguma forma", diz Álvaro.

"De qualquer forma, a primeira coisa que podemos fazer é tentar entender a relação entre espaço e tempo. Se tivermos um espaço plano e houver duas formigas nele, podemos desenhá-las em um determinado instante no tempo e, em um instante posterior, podemos desenhar um plano acima dele com as mesmas duas formigas, mas colocadas em posições diferentes. Dessa forma, poderíamos construir uma espécie de sanduíche no qual o espaço corre na direção horizontal do meu desenho e o tempo na vertical", explica o ex-chefe de física teórica do CERN.

Antes de prosseguirmos, e como um prelúdio para as notícias que estamos prestes a analisar, vale a pena lembrar que a velocidade da luz é absoluta. Para acomodar essa ideia, Einstein decidiu modificar o conceito de tempo em sua teoria, mostrando que sua taxa depende do estado de movimento de um objeto, mas também do fato de você estar em um campo gravitacional intenso. O que é realmente importante é que agora temos as ferramentas necessárias para seguir em frente.

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, conseguiu recriar em seu laboratório um espaço-tempo eficaz que pode ser manipulado de forma flexível para simular uma família de universos curvos. Isso parece incrível. Tanto que, de fato, parece o enredo de um filme de ficção científica. Mas não é. É real. É real. De fato, o experimento deles foi revisado por pares e publicado na Nature. O espaço e o tempo estão intimamente conectados e sua estrutura é fixa. Esse conhecimento serviu como ponto de partida para que esses cientistas projetassem um experimento para entender melhor a interação entre a matéria e o contínuo espaço-tempo e também para testar as previsões da teoria quântica de campos.

Em termos gerais, o último modelo teórico propõe o uso da mecânica quântica, da teoria clássica de campos e da relatividade especial para descrever sistemas de campos clássicos, como os campos gravitacionais ou eletromagnéticos. Os modelos cosmológicos com os quais os físicos estão trabalhando atualmente perguntam como o espaço se expandiu e mudou sua curvatura. E é justamente o experimento desses pesquisadores que pode nos ajudar a entender melhor a evolução de um espaço-tempo que pode ter sido curvo em um estágio muito inicial.

Até agora, conseguimos formar uma ideia relativamente precisa sobre o objetivo desses pesquisadores, mas ainda precisamos descobrir algo importante: como eles fizeram isso? Como eles simularam vários universos curvos em um laboratório para flertar com o maior número possível de cenários cosmológicos diferentes? Para curvar o continuum espaço-tempo de forma facilmente perceptível, precisamos de massas enormes, como a de uma estrela, ou de energias quase inconcebíveis. E está claro que esses físicos não têm nem massas enormes nem energias enormes.

Mas o que eles têm é um simulador de campo quântico que foi ajustado por meio do resfriamento de uma nuvem de átomos de potássio a uma temperatura apenas alguns nanokelvins acima do zero absoluto. Essa estratégia permitiu que eles obtivessem um condensado de Bose-Einstein, que, sem entrar em detalhes mais complicados, é um estado especial da matéria cujas propriedades revelam claramente até mesmo as menores perturbações de energia às quais os átomos da nuvem estão sujeitos.

Nesse experimento, a forma da nuvem de átomos de potássio determina as dimensões e as propriedades de um contínuo espaço-tempo específico pelo qual as perturbações de energia dos átomos se propagam na forma de ondas. Além disso, esses pesquisadores conseguiram agir sobre as interações entre os átomos por meio do ajuste fino da intensidade do campo magnético que os confina, de modo que, de certa forma, eles conseguiram criar um cenário de teste muito dúctil. É empolgante. O artigo é complexo, mas se você não se intimida facilmente e quer saber mais precisamente do que se trata o experimento, não hesite em dar uma olhada .