Físicos propuseram uma nova abordagem para unir a mecânica quântica e a gravidade, com potencial para explicar os primeiros instantes do Universo. A hipótese também sugere uma origem natural para a inflação inicial, mas envolve um elemento ainda não resolvido: os chamados “fantasmas”.
A mecânica quântica descreve o comportamento do universo em escalas atômicas e subatômicas, enquanto a relatividade geral explica a gravidade como a curvatura do espaço-tempo. Apesar de ambas serem bem-sucedidas em seus domínios, elas ainda não foram integradas em uma única teoria. O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters.
Gravidade quadrática e uma nova explicação para o Big Bang
Um dos desafios abordados pelo novo estudo é que a relatividade geral deixa de funcionar em energias extremamente altas, como as previstas no Big Bang. Nessas condições, as equações deixam de descrever o universo de forma consistente.
Para contornar esse problema, os pesquisadores recorreram à gravidade quadrática, proposta em 1977 pelo físico Kellogg Stelle. A ideia adiciona termos quadráticos às curvaturas do espaço-tempo, tornando a teoria renormalizável e permitindo lidar com infinitos em altas energias.
Diferente de outras propostas, que combinam elementos quânticos à relatividade geral, o modelo sugere que a expansão inicial do universo pode surgir naturalmente a partir da própria teoria gravitacional.
“Este trabalho mostra que o crescimento explosivo inicial do universo pode vir diretamente de uma teoria mais profunda da gravidade”, afirmou em comunicado Niayesh Afshordi, professor de física e astronomia da Universidade de Waterloo e do Perimeter Institute, e autor principal do estudo. Segundo ele, a expansão rápida aparece quando a gravidade é tratada de forma consistente em energias extremamente altas.
Possíveis testes com ondas gravitacionais
Um dos pontos destacados pelos pesquisadores é a possibilidade de testar a hipótese. O modelo prevê assinaturas específicas, como ondas gravitacionais primordiais, que podem ser detectadas em levantamentos futuros.
“Mesmo lidando com energias extremamente altas, o modelo leva a previsões claras que os experimentos atuais podem investigar”, disse Afshordi. Ele acrescenta que essa conexão direta entre gravidade quântica e dados observacionais é incomum.
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O problema dos “fantasmas”
Apesar do potencial, a proposta mantém dificuldades conhecidas. A gravidade quadrática prevê novas partículas, incluindo um gráviton sem massa, um bóson escalar adicional e um “fantasma” de spin-2, associado a energia e probabilidades negativas.
Esse tipo de partícula permanece problemático desde que a teoria foi proposta, há cerca de 50 anos. No novo estudo, os autores reconhecem que a questão ainda exige investigação adicional.
Os pesquisadores apontam que, nesse cenário, a gravidade pode se tornar fortemente acoplada em determinada escala, o que ajudaria a confinar esses graus de liberdade. Em contraste, em modelos como a inflação de Starobinsky, a gravidade permanece fracamente acoplada, exigindo outras soluções para lidar com essas instabilidades.
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