De peste un secol, fizica s-a confruntat cu două teorii fundamentale, dar incomplete: relativitatea generală a lui Einstein, care descrie gravitația și comportamentul obiectelor cosmice, și mecanica cuantică, ce guvernează lumea particulelor subatomice.
Un studiu recent, condus de profesorul Ginestra Bianconi de la Queen Mary University din Londra, propune o nouă perspectivă pentru a unifica aceste două teorii. Utilizând conceptul de entropie relativă cuantică, această teorie ar putea transforma înțelegerea gravitației și a structurii universului.
Fizicienii s-au străduit decenii să reconcilieze relativitatea generală, formulată de Albert Einstein în 1915, care explică gravitația ca o curbură a spațiului-timp cauzată de obiecte masive, și mecanica cuantică, dezvoltată la începutul secolului al XX-lea, care descrie comportamentul particulelor la nivel atomic și subatomic.
În timp ce relativitatea generală funcționează bine la scară cosmică, influențând mișcarea planetelor și formarea găurilor negre, mecanica cuantică guvernează lumea particulelor cu reguli diferite, unde particulele pot exista în mai multe locuri simultan și evenimentele sunt guvernate de probabilități.
Dificultatea constă în faptul că aceste două teorii, deși precise în domeniile lor, devin contradictorii când sunt combinate, în special în situații unde efectele gravitaționale și cuantice sunt ambele importante, precum în interiorul găurilor negre sau în primele momente după Big Bang.
Astfel, găsirea unei teorii a gravitației cuantice, care să unifice aceste două perspective, reprezintă una dintre cele mai mari provocări ale fizicii moderne. Studiul profesorului Bianconi, intitulat „Gravitație din entropie” și publicat în Physical Review D, prezintă o abordare nouă.
În loc să considere gravitația ca o forță fundamentală, teoria o descrie ca un fenomen emergent, legat de entropia relativă cuantică, un concept din teoria informației cuantice.
Entropia, în fizică, măsoară dezordinea sau incertitudinea unui sistem, iar entropia relativă compară două stări ale aceluiași sistem, măsurând diferența dintre ele.
În această abordare, spațiul-timp nu mai este o țesătură deformată de materie, ci un sistem cuantic a cărui structură geometrică rezultă din diferențele de entropie. Gravitația ar fi, astfel, efectul reorganizării componentelor pentru a reduce dezordinea.
Un element central al acestei teorii este introducerea câmpului G, un câmp auxiliar ce joacă un rol crucial în dinamica spațiului-timp.
În ecuațiile relativității generale modificate, câmpul G acționează ca un multiplicator Lagrange, un termen matematic utilizat pentru a impune constrângeri într-un sistem.
Această inovație ar putea oferi o explicație pentru materia întunecată, substanța invizibilă care reprezintă aproximativ 27% din univers, dar care nu interacționează cu lumina.
De asemenea, teoria prezice apariția unei constante cosmologice pozitive, în concordanță cu observațiile expansiunii accelerate a universului, un aspect dificil de explicat cu modelele actuale.
Prin conectarea gravitației la entropia cuantică, această abordare ar putea facilita construirea unei teorii unificate a gravitației cuantice. Dacă se dovedește că câmpul G este legat de materia întunecată, s-ar oferi o perspectivă prețioasă asupra unuia dintre cele mai mari mistere ale cosmologiei.
Deși teoria necesită încă testare și validare experimentală, ea reprezintă un avans teoretic major, care pune sub semnul întrebării concepțiile tradiționale despre spațiu-timp și gravitație.
