Atualizado 7 de abril de 2026
Cientistas sugerem que a curvatura geodésica do espaço-tempo prevista por Einstein pode ter natureza em parte quântica, a ser testada em experimento. Uma métrica quântica do espaço-tempo pode reescrever a cosmologia. Seria a unificação da física.
O artigo foi publicado na Revista Physical Review D.
Veremos a seguir como o novo método poderia testar a curvatura do espaço-tempo de Einstein de um ponto de vista quântico, e as implicações. Em texto, imagens e vídeos.
Estaríamos prestes a testar o indizível e revelar que o cosmos, no fundo, é um gigantesco sistema de informação quântica? Estamos tocando no Santo Graal da física moderna, a unificação da Relatividade Geral de Einstein com a Mecânica Quântica?
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Vídeo 1: Cientistas Já Sabem Como Encontrar Grávitons, As Partículas Da Gravidade
Vídeo 2: Gravitação Quântica: Esse É O Fim Da Física?
Vídeo 3: Assista esse vídeo se você quiser VER a RELATIVIDADE GERAL
Vídeo 4: Físico Explica A Equação Da Relatividade Geral De Albert Einstein
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Partículas podem não seguir os caminhos previstos por Einstein: Seguiriam uma q-désica, uma geodésica quântica, em comparação às geodésicas clássicas
E se o espaço-tempo não for o tapete liso que Einstein imaginou, mas sim uma malha atômica granulada?
A física teórica propõe um salto quântico na cosmologia: a geometria curva do Universo pode ter uma métrica quântica oculta.
Se a gravidade é a curvatura do macrocosmo, e a quântica é a base da matéria do microcosmo das partículas, unificar ambas não é apenas corrigir Einstein, seria descobrir a ‘textura’ fundamental da realidade.
Benjamin Koch e colegas da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, acreditam ter encontrado um modo de não apenas alinhavar as teorias, como também identificar um modo de aferir sua proposta experimentalmente.
Essa proposta de que a curvatura geodésica do espaço-tempo pode ter uma métrica, ou porção, quântica é revolucionária. Contudo, precisa se submetida aos testes.
Einstein nos ensinou que a gravidade é a geometria do espaço-tempo. Já a mecânica quântica mostrou que no microcosmo tudo é quântico.
Na nova abordagem, as partículas podem não seguir os caminhos previstos por Einstein. Seguiriam uma q-désica, uma geodésica quântica, em comparação às geodésicas clássicas.
A ideia agora é substituir a métrica clássica da relatividade por uma versão quântica. Com isto, a curvatura do espaço-tempo deixa de ser perfeitamente definida em todos os pontos. Em vez disso, torna-se sujeita à incerteza quântica.
Os pesquisadores conseguiram quantizar a métrica usando um novo método para um caso específico, porém importante: Um campo gravitacional com simetria esférica que permanece constante ao longo do tempo.
Esse modelo consegue descrever sistemas como o campo gravitacional do Sol. Os pesquisadores então calcularam como um pequeno objeto se moveria nesse campo quando a própria métrica é tratada como uma grandeza quântica.
O resultado é uma nova equação chamada equação q-désica, uma geodésica quântica, em comparação às geodésicas clássicas.
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Na relatividade geral a Terra orbita o Sol porque a massa solar curva o espaço-tempo, deformando a geodésica ao longo da qual a Terra se move
O mundo das partículas minúsculas é descrito de forma extremamente precisa pela teoria quântica, enquanto o mundo da gravitação é capturado pela teoria da relatividade geral de Einstein.
Mas a combinação das duas ainda não funcionou – as duas principais teorias da física teórica ainda não se encaixam perfeitamente.
Existem muitas ideias para essa unificação – com nomes como teoria das cordas, gravidade quântica em loop, gravidade quântica canônica ou gravidade assintoticamente segura. Cada uma delas tem seus pontos fortes e fracos.
O que faltava até agora, no entanto, eram previsões observáveis para quantidades mensuráveis e dados experimentais que pudessem revelar qual dessas teorias descreve melhor a natureza.
Esse novo estudo da TU Wien pode ter nos aproximado um pouco mais desse ambicioso objetivo.
“É um pouco como o conto de fadas da Cinderela”, diz Benjamin Koch, do Instituto de Física Teórica da TU Wien.
“Existem várias candidatas, mas apenas uma delas pode ser a princesa que procuramos. Só quando o príncipe encontrar o sapatinho de cristal poderá identificar a verdadeira Cinderela. Na gravidade quântica, infelizmente ainda não encontramos esse sapatinho – um observável que nos diga claramente qual teoria é a correta.”
Para determinar o “tamanho de sapato de cinderela” correto – em outras palavras, para encontrar critérios mensuráveis para testar diferentes teorias – a equipe analisou mais de perto o conceito de geodésicas.
“Praticamente tudo o que sabemos sobre a relatividade geral depende da interpretação das geodésicas”, explica Benjamin Koch.
“Uma geodésica é a ligação mais curta entre dois pontos – em um plano, é simplesmente uma linha reta, enquanto em superfícies curvas as coisas se tornam mais complicadas.”
Por exemplo, se você quiser se mover do Polo Norte para o Polo Sul na superfície de uma esfera, o caminho mais curto é um semicírculo.
Na teoria da relatividade, espaço e tempo estão indissoluvelmente ligados. Juntos, formam um espaço-tempo quadridimensional, curvado por massas como estrelas ou planetas.
De acordo com a relatividade geral, a Terra orbita o Sol porque a massa solar curva o espaço e o tempo, deformando a geodésica ao longo da qual a Terra se move em uma trajetória aproximadamente circular.
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Vídeo 2: Gravitação Quântica: Esse É O Fim Da Física?
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O resultado é a versão quântica do conceito clássico de geodésicas. A equação q-désica
O curso das geodésicas é determinado pela chamada métrica – uma medida da intensidade da curvatura do espaço-tempo.
“Agora podemos tentar aplicar as regras da física quântica a essa métrica”, diz Benjamin Koch. “Na física quântica, as partículas não têm uma posição nem um momento precisamente definidos. Em vez disso, ambos são descritos por distribuições de probabilidade. Quanto mais precisamente se conhece um deles, mais impreciso e incerto se torna o outro.”
De maneira semelhante à substituição das posições e momentos das partículas na física quântica por um objeto matemático mais complexo – uma função de onda quantizada –, também é possível tentar substituir a métrica da relatividade geral por uma versão quantizada.
Nesse caso, a curvatura do espaço-tempo deixa de ser definida com exatidão em todos os pontos e passa a ser substituída por uma versão quântica-mecanicamente imprecisa dessa grandeza.
Essa abordagem acarreta grandes desafios matemáticos.
Mas, juntamente com seu aluno de doutorado Ali Riahinia e Angel Rincón (República Tcheca), Benjamin Koch conseguiu agora quantizar a métrica de uma forma inovadora para um caso especial importante: o de um campo gravitacional com simetria esférica que não muda com o tempo.
Tal campo pode ser usado, por exemplo, para descrever a gravidade do Sol.
“Em seguida, queríamos calcular como um pequeno objeto se comporta nesse campo gravitacional – mas usando a versão quântica dessa métrica”, diz Koch.
“Ao fazer isso, percebemos que é preciso ter muito cuidado – por exemplo, se é permitido substituir o operador métrico por seu valor esperado, uma espécie de média quântica da curvatura do espaço-tempo. Conseguimos responder a essa questão matematicamente.”
O resultado foi uma equação que a equipe chama de equação q-désica, em analogia ao conceito clássico de geodésicas.
“Essa equação mostra que, em um espaço-tempo quântico, as partículas nem sempre se movem exatamente ao longo do caminho mais curto entre dois pontos, como a equação geodésica clássica preveria.”
Isso significa que, observando as trajetórias de partículas em movimento livre no espaço-tempo (como uma maçã caindo em direção à Terra no espaço sideral), é possível inferir as propriedades quânticas da métrica.
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Qual o tamanho do “sapato de cinderela”: 10^(-35) ou melhor 10^(+21)?
Então, qual é a magnitude da diferença entre uma q-désica e uma geodésica clássica?
Se considerarmos apenas a gravitação ordinária, a mais fraca das forças fundamentais conhecidas, verifica-se que a diferença é mínima.
“Nesse caso, chegamos a desvios de apenas cerca de 10^(-35) metros – muito pequenos para serem observados em qualquer experimento”, afirma Benjamin Koch.
No entanto, a relatividade geral inclui outra grandeza importante: a constante cosmológica, também conhecida como “energia escura”.
Ela é responsável pela expansão acelerada do universo em escalas gigantescas. Essa constante cosmológica também pode ser incluída na equação q-désica.
“E quando fizemos isso, tivemos uma surpresa”, relata Benjamin Koch. “As q-désicas agora diferem significativamente das geodésicas que se obteriam da maneira usual, sem a física quântica.”
Curiosamente, existem desvios tanto em distâncias muito pequenas quanto em distâncias muito grandes. Embora os desvios em pequenas distâncias provavelmente permaneçam inobserváveis, em escalas de comprimento da ordem de 10^(21) metros podem haver diferenças substanciais:
“Entre esses extremos, por exemplo, quando se trata da órbita da Terra ao redor do Sol, praticamente não há diferença.
Mas em escalas cosmológicas muito grandes – precisamente onde os principais enigmas da relatividade geral permanecem sem solução – há uma clara diferença entre as trajetórias das partículas previstas pela equação q-désica e aquelas obtidas a partir da relatividade geral não quantizada”, afirma Benjamin Koch.
O trabalho não é apenas uma nova abordagem matemática para conectar a teoria quântica e a gravitação – acima de tudo, abre novas maneiras de comparar a teoria com as observações.
“A princípio, eu não esperava que correções quânticas em grandes escalas produzissem mudanças tão drásticas”, diz Benjamin Koch.
“Agora precisamos analisar isso com mais detalhes, é claro, mas isso nos dá esperança de que, desenvolvendo ainda mais essa abordagem, possamos obter uma nova visão, bem testável por meio de observações, sobre importantes fenômenos cósmicos – como o enigma ainda não resolvido das velocidades de rotação das galáxias espirais.”
Ou, voltando à história do “sapato da Cinderela”:
Talvez tenhamos finalmente identificado uma grandeza observável que nos permite distinguir entre abordagens viáveis e incorretas da gravidade quântica. Um “sapatinho de cristal da cinderela” foi encontrado – agora precisamos descobrir a qual teoria ele realmente se encaixa.
Vídeo 4: Físico Explica A Equação Da Relatividade Geral De Albert Einstein
Bibliografia
Curadoria Técnica e Análise Audiovisual: Conteúdo Bibliográfico e Audiovisual Selecionado e Validado por Dr. Sergio Almeida Loiola – CV Lattes/CNPq.
Revista Physical Review D
Geodesics in quantum gravity
DOI: 10.1103/w1sd-v69d
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Corrigindo Einstein: Curvatura do Espaço-Tempo Pode Ter Métrica Quântica | Nature & Space
Parabéns pelo conteúdo científico apresentado de modo compreensível e muito bem elaborado, ilustrado inclusive com vídeos maravilhosos. Assim, tornou possível a uma pessoa comum como eu, ter um pouco mais de noção dos avanços científicos e das propostas que estão buscando sempre respostas que nos permitam avançarmos.
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