O número que Albert Einstein certa vez chamou de seu maior erro pode finalmente fazer sentido. Físicos há muito tempo ficam intrigados com a constante cosmológica, um valor que descreve a energia que impulsiona a expansão acelerada do universo. A teoria quântica prevê que esse número deveria ser astronomicamente grande, quase infinito. Mas observações reais mostram que ele é notavelmente pequeno. Agora, pesquisadores da Brown University, nos Estados Unidos, encontraram uma possível razão para isso.
Uma ligação oculta entre gravidade e um material exótico
A equipe descobriu que a matemática por trás de uma versão simples da gravidade quântica corresponde de perto à matemática do efeito Hall quântico. Esse é um estado estranho da matéria onde a condutância elétrica trava em valores extremamente precisos e permanece assim mesmo quando o material tem defeitos. A estabilidade vem da topologia, um ramo da matemática que estuda a forma subjacente de um sistema. Os pesquisadores argumentam que uma característica topológica semelhante aparece no estado de Chern-Simons-Kodama, um estado fundamental proposto para a gravidade quântica.
Como a topologia doma um problema de energia infinita
De acordo com a teoria quântica de campos, o espaço vazio deveria ser preenchido com pequenas flutuações que contribuem com uma energia enorme para a constante cosmológica. Mas a equipe da Brown mostrou que, se o próprio espaço-tempo tiver uma certa topologia não trivial, essas perturbações quânticas se tornam inertes. Elas não inflam mais o valor da constante. A topologia essencialmente protege a constante cosmológica dos efeitos disruptivos das flutuações quânticas, mantendo-a estável e pequena.
O ajuste original de Einstein e o novo toque
Einstein adicionou a constante cosmológica às suas equações da relatividade geral porque achava que o universo era estático. Ele precisava de uma força repulsiva no espaço vazio para evitar que suas equações previssem um cosmos em colapso. Mais tarde, quando as evidências mostraram que o universo estava se expandindo, ele supostamente chamou a constante de seu maior erro. Mas observações modernas a reviveram. O universo não está apenas se expandindo, está acelerando. A constante cosmológica é a maneira mais simples de descrever essa aceleração, mas seu valor observado minúsculo continua sendo um profundo enigma.
O estudo, publicado na Physical Review Letters, foi coautorado pelo professor de física da Brown, Stephon Alexander, junto com Aaron Hui e Heliudson Bernardo do Brown Theoretical Physics Center. O trabalho deles não alega ter resolvido o problema completamente. Ele oferece uma conexão matemática que pode apontar para uma explicação completa. A ideia de que a própria forma do espaço-tempo poderia manter a constante cosmológica pequena é um novo caminho para os físicos explorarem.
