Quando lhe pediam para explicar a Relatividade Geral, o físico Albert Einstein comparava as equações de campo de sua teoria a um edifício, com uma das alas feita de mármore fino, o lado esquerdo da equação, e a outra ala dessa, o lado direito das equações a madeira de baixa qualidade. Foi o que ele afirmou por escrito também, em 1936, em um artigo para a revista Physics and Reality. No lado esquerdo, a medida de curvatura do espaço-tempo e, do lado direito a matéria. Assim, matéria e geometria se relacionam.
Na sua teoria da relatividade geral em quatro dimensões (três de espaço mais o tempo), a geometria do espaço-tempo (lado esquerdo das equações de campo) é igualada matematicamente com seu conteúdo de matéria e energia (lado direito). O resultado forte e que se comprova a cada nova observação, do universo profundo, de objetos como os buracos negros e das ondas gravitacionais, ainda faz restar um mistério: a natureza da energia escura, responsável por aumentar a velocidade com que o Universo se expande. Para dar conta de descrever nosso universo se expandindo aceleradamente, uma constante cosmológica foi acrescentada às equações de Einstein.
Um novo estudo feito por pesquisadores do ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) em conjunto com físicos da Unesp (Universidade Estadual Paulista) e Unifesp (Universidade Federal de São Paulo) aponta para a existência de uma dimensão-extra, além das quatro da relatividade geral. Essa quinta dimensão, relacionada à possíveis variações na massa de repouso das partículas, seria a responsável pela geração do nosso universo e da chamada energia escura.
Os resultados desse estudo foram publicados na revista Chinese Journal of Physics, no dia 4 de maio. Intitulado “Induced equation of state for the universe epochs constrained by the Hubble parameter”, o artigo se ampara no modelo de matéria induzida, iniciado por Einstein na década de 1930 em conjunto com os físicos Theodor Kaluza e Oskar Klein, que lhe apresentaram, a princípio, uma unificação entre a gravidade e o eletromagnetismo.
Décadas depois o modelo foi resgatado e aperfeiçoado pelo pesquisador norte-americano Paul Wesson, seu aluno James Overduin e outros colaboradores, no qual se mostra a matéria existente no universo em que vivemos como uma consequência geométrica de uma dimensão extra.
“Nos demos um passo além nesse modelo e partimos de um Universo em 5 dimensões com apenas uma energia associada a esse vácuo, isto é, uma constante cosmológica em 5D. Usamos o formalismo da cosmologia tradicional, amparado na relatividade geral. Quando calculamos as equações de campo para esse vácuo em 5 dimensões encontramos, além de termos extras, os termos para um Universo 4D idênticos aos descritos pela teoria do Big Bang”, afirma o físico Marcelo Lapola, rio-clarense que liderou o estudo. Lapola é pesquisador, doutorando em Física no ITA, sob orientação dos professores Manuel Malheiro e Pedro Moraes. O trabalho também contou com a colaboração dos professores e pesquisadores Wayne de Paula (ITA), José Fernando de Jesus (Unesp) e Rodolfo Valentim (Unifesp).
“Além do resultado dos termos de matéria encontramos ainda uma equação única para descrever as principais eras do universo e o parâmetro de Hubble, que mede a taxa de expansão do Universo. Comparamos com os dados observados mais recentes, pelo satélite Planck, e estão em ótima concordância”, acrescentou Lapola.
Dados preliminares desse trabalho foram apresentados por Lapola em 2018 no “XV Marcel Grossmann Meeting”, realizado em Roma na Itália. O congresso reúne os mais importantes especialistas na área de gravitação e é realizado a cada três anos.
O próximo passo pode ser a aplicação desse método em níveis microscópicos, isto é no campo da gravidade quântica, e observar se a geometria usada na relatividade geral também pode dar conta de unificar as outras três forças fundamentais da natureza.
O sonho de Einstein era encontrar uma teoria na qual a matéria fosse derivada da geometria, uma teoria onde os campos estivessem mais intimamente ligados às suas fontes. Quem sabe não estamos bem perto de realizar esse sonho? Link do artigo: https://authors.elsevier.com/a/1d5LO_D8zq3k83.
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