Tchau Einstein? Astrofísico desenvolve nova teoria da gravidade

Um astrofísico da Universidade RUDN, na Rússia, desenvolveu uma nova teoria revolucionária da gravidade, que pode colocar fim na teoria da relatividade do grande gênio do século XX Albert Einstein. A nova premissa diverge do clássico modelo de Einstein por não se basear em uma lei de conservação, potencialmente resolvendo inconsistências de longa data no campo.

A nova teoria pode oferecer uma nova ótica para qual poderemos compreender o funcionamento do universo, desde as menores partículas até as maiores estruturas existentes. Na teoria geral de Einstein, a base atual da nossa compreensão de gravidade, depende de um conceito de espaço-tempo curvo.

No geral, a relatividade nos diz como objetivos de muita massa, como estrelas e planetas, deformam a estrutura do espaço tempo, da mesma maneira que um objeto pesado pode deformar um trampolim. A partir dessa deformação, cria-se o que denominamos como gravidade.

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Teoria de Einstein e a nova teoria

Um aspecto crucial dessa nova teoria é o tensor de energia-momento, uma construção matemática que descreve como a energia e o momento são distribuídos no espaço-tempo e interagem com o campo gravitacional. Imagine uma cidade movimentada como representação do universo. Prédios, carros, pessoas — todos representam diferentes formas de energia e movimento.

O tensor de energia-momento é como um livro-caixa detalhado que registra toda essa energia e movimento em cada parte da cidade. Ele nos diz como a energia está distribuída, como ela flui e como diferentes formas de energia (como luz, calor ou energia cinética) interagem entre si e com a trama do espaço-tempo — o solo e o ar de nossa analogia urbana. Em termos mais simples, é uma maneira matemática de acompanhar toda a energia e movimento no universo.

Tradicionalmente, na relatividade geral, assume-se que este tensor é conservado, semelhante à lei da conservação de energia na mecânica. Esta suposição tem suas limitações, especialmente em níveis de energia elevados, onde ocorre a não-renormalizabilidade, uma espécie de incompatibilidade matemática.

“O problema da não-renormalizabilidade da gravidade de Einstein é bem conhecido. Isso levou dezenas de tentativas de tratá-lo como uma teoria de baixa energia. Por exemplo, na teoria das cordas, a equação clássica de Einstein é apenas o primeiro termo em uma série infinita de correções gravitacionais”, diz Hamidreza Fazlollahi, estudante de pós-graduação no Instituto Educacional e Científico de Gravidade e Cosmologia da Universidade RUDN, que desenvolveu a nova teoria, em um comunicado à imprensa.

“Assim, é possível que, em altas energias e/ou dentro do horizonte de eventos de buracos negros, a curvatura do espaço-tempo e a gravidade se desviem da teoria geral da relatividade de Einstein. Isso pode ser explicado de diferentes maneiras. No entanto, em qualquer caso, a lei da conservação de energia-momento pode ser violada em níveis elevados de energia.”

Para lidar com isso, Fazlollahi desenvolveu um novo modelo gravitacional, chamado de Teoria modificada não conservada da gravidade. Isso introduz uma ideia radical: E se, em certas condições, a energia e o momento em algumas partes do universo pudessem mudar ao longo do tempo?

Este conceito é semelhante a sugerir que prédios ou carros em nossa cidade poderiam ganhar ou perder energia espontaneamente, desafiando uma lei fundamental da física.A teoria postula que, em regiões de espaço-tempo curvo, as regras que pensávamos serem imutáveis podem nem sempre se aplicar.

Ela parte da relação de Gibbs-Duhem, uma equação usada em termodinâmica para descrever mudanças em um sistema. A equação resultante se assemelha à equação clássica de Einstein, mas inclui fatores e constantes únicos. Notavelmente, as novas equações de campo incorporam dois termos adicionais, considerando dinâmicas de temperatura-entropia e interação de carga.

Esse modelo inovador mostra consistência promissora em diferentes ambientes e tem potencial para várias aplicações em pesquisas astrofísicas e astronômicas. Fazlollahi testou a teoria analisando duas fases do desenvolvimento do universo: o período inflacionário e a fase de expansão acelerada. Os resultados se alinham bem com observações experimentais.

“O modelo não apresentou discrepâncias em relação à gravidade de Einstein para o vácuo”, explica Fazlollahi.

Esse avanço representa um passo significativo na compreensão da gravidade, especialmente em condições extremas, e pode abrir caminho para novas descobertas sobre os mistérios do universo. A conformidade do modelo com dados experimentais sugere que ele pode ser uma ferramenta valiosa para futuras pesquisas em astrofísica e cosmologia.

Implicações da gravidade modificada

As ramificações da teoria da gravidade modificada não conservada são vastas e particularmente significativas em dois períodos críticos da história do universo: o período inflacionário do início do universo e o universo em tempos tardios dominado pela energia escura.

1. Período inflacionário: O universo inicial passou por uma fase de expansão rápida, conhecida como inflação. A teoria de Fazlollahi sugere que durante esse período, a não conservação de energia e momento pode ter desempenhado um papel, oferecendo novas perspectivas sobre os momentos iniciais do universo.

2. Universo em tempos tardios: Ao observarmos a expansão acelerada do universo hoje, amplamente atribuída à energia escura, essa nova teoria poderia proporcionar uma nova visão de como essa força misteriosa opera.

O estudo da nova teoria foi publicada no Jornal The European Physical.