Cem anos após Albert Einstein ter postulado a teoria da relatividade geral, uma equipa internacional apresentou novas provas experimentais a favor da teoria. Num artigo publicado ontem na revista Nature Physics, investigadores da Universidade Hebraica de Jerusalém, da Universidade Aberta de Israel, da Universidade “La Sapienza” de Roma e da Universidade de Montpellier, em França, descrevem a prova de uma das assunções base da teoria da relatividade geral: a ideia de que todas as partículas de luz – os fotões – se propagam exactamente à mesma velocidade.
Um fotão com energia E0 ao tempo t0 de uma explosão de raios gama sofre perturbações pela espuma quântica e é detetado pelo Telescópio Fermi com um tepo alterado t0 ± ∆t, devido à modificação da velocidade da luz. Esta modificação irá depender da energia do fotão emitido. Imagens, da esquerda para a direita: © NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith e John Jones; © Mehau Kulyk/Science Photo Library; © NASA.
Nas teorias da Relatividade de Einstein, o espaço-tempo é fundamentalmente liso, deformado apenas pela tensão da energia e da matéria. A quantização da gravidade pode ser associada à ideia da “espuma do espaço-tempo”, proposta por John Wheeler em 1964, levando a efeitos gravitacionais não-determinísticos a escalas próximas do comprimento de Planck (lP ~ 1,62×10-33 cm) ou, equivalentemente, à escala da energia de Planck (EP ~1,22×1019 GeV). De acordo com este conceito, à escala microscópica o espaço não é contínuo, mas possui uma estrutura similar à de uma espuma. O tamanho dos elementos dessa espuma são tão pequenos que se torna difícil de imaginá-los e impossível, com a tecnologia actual, medi-los diretamente. No entanto, segundo Giovanni Amelino-Camelia et al. (1998), uma partícula relativista que provenha de uma fonte astrofísica distante iria sentir e acumular pequenas perturbações devido à estrutura quântica do espaço-tempo, levando a atrasos dependentes da energia no tempo previsto da sua chegada à Terra. Observações astrofísicas de poderosos aceleradores de fotões, com intervalos de energia na ordem dos GeV-TeV, fornecem dados para distâncias até alguns gigaparsecs.
Seguindo estas ideias, os investigadores analisaram dados obtidos pelo Telescópio Espacial de raios gama Fermi, da NASA, relativos aos tempos de chegada de fotões provenientes de uma explosão de raios gama distante (GRB090510). A análise dos dados mostrou que os fotões que viajaram por milhares de milhões de anos, desde um local distante do Espaço até ao nosso planeta, chegaram todos com menos de uma fração de segundo de intervalo entre eles. Estes resultados indicam que todos os fotões se deslocaram à mesma velocidade, mesmo que diferentes fotões tivessem diferentes energias, tratando-se de uma das melhores medições de sempre da independência da velocidade da luz da energia dos fotões.
Além de confirmar a Teoria da Relatividade Geral, esta observação põe em causa a ideia da “espuma do espaço-tempo”, uma das ideias associadas à unificação da relatividade geral com a teoria quântica. Embora sejam os pilares da física da actualidade, estas duas teorias são inconsistentes e apresentam uma contradição intrínseca entre elas que é parcialmente baseada no princípio da incerteza de Heisenberg.
O facto de todos os fotões, com diferentes energias, terem chegado ao nosso planeta sem nenhum atraso entre eles indica que a suposta espuma, se é que existe, tem dimensões muito menores que as esperadas.
“Quando começámos a nossa análise, não esperávamos obter uma medição tão precisa”, disse o Professor Tsvi Piran, um dos líderes do grupo de investigação. “Este novo limite encontra-se ao nível do esperado para as teorias da gravitação quântica e pode mostrar-nos como combinar a teoria quântica com a relatividade”.
Fontes: Phys.org | Nature Physics