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Envie sua pergunta para Carlo Rovelli

Foto: Pablo Carrera Oser / Anfibia
Foto: Pablo Carrera Oser / Anfibia

Carlo Rovelli é um físico e escritor italiano que desenvolve seu trabalho buscando dialogar não apenas com outros cientistas e estudiosos, mas também com o público em geral. Seu livro Sete breves lições de física, publicado pela primeira vez em 2014, o tornou conhecido justamente por tratar de temas complexos com uma linguagem acessível. O best-seller foi traduzido para mais de 40 idiomas e vendeu milhões de exemplares.

Com graduação em Física pela Universidade de Bolonha e pós-doutorado na Universidade de Pádua, Rovelli é um dos criadores da Teoria da Gravidade Quântica em Loop. O estudo busca solucionar as divergências teóricas entre a Relatividade Geral de Albert Einstein e a Mecânica Quântica, abordando de forma interdisciplinar a história da humanidade para uma compreensão ampla da natureza. Sua pesquisa lhe rendeu prêmios científicos internacionais.

O italiano atua hoje como professor na Universidade Aix-Marseille, diretor do grupo de pesquisa do Centro de Física Teórica de Luminy, em Marseille (França), e é membro da Academia Internacional de Filosofia das Ciências.

Carlo Rovelli abre a temporada 2017 do Fronteiras do Pensamento (POA, 15/05; SP, 17/05). Envie sua pergunta para o conferencista através do e-mail digital@fronteiras.com até a manhã de quarta-feira (17). Rovelli responderá à pergunta selecionada diretamente do palco da conferência em São Paulo. Divulgaremos a resposta do cientista na quinta (18) em nossos canais digitais, patrocinados pela Braskem.

O cientista italiano propõe em suas obras - a mais recente publicada em 2017 no Brasil, A realidade não é o que parece - que o Homem compreenda o mundo por diversas perspectivas. Relacionando os campos da física e da filosofia como dois pilares para sanar a curiosidade humana pelo universo, Rovelli usa de uma escrita ao mesmo tempo simples e poética para tentar solucionar as dúvidas que todos cultivamos sobre a natureza.

Ele descreve o desenvolvimento da física através dos tempos, projetando um mundo novo, com buracos negros esperando para explodir, um espaço-tempo feito de grãos e onde o infinito não existe.

Em artigo exclusivo ao Fronteiras do Pensamento, Emerson Luna* explica a teoria da relatividade e da mecânica quântica - que Rovelli busca conciliar na teoria da gravitação em loop - e analisa as perspectivas que se tem até então a partir dos estudos do cientista italiano.

SONHO DE UMA TEORIA FINAL

Há cerca de um século, vimos o surgimento de duas teorias científicas que mudaram de forma profunda a nossa visão de mundo: a Teoria da Relatividade Geral e a Teoria Quântica.

A primeira, finalizada por Albert Einstein em 1915, fornece uma descrição inovadora e surpreendente da gravidade. Nela o campo gravitacional passa a ser uma propriedade geométrica do espaço-tempo, um continuum que agrega o espaço e o tempo em uma mesma estrutura de quatro dimensões. Einstein já havia percebido que as relações corretas entre medidas de posição e de tempo de um mesmo evento físico tomadas em dois referenciais inerciais diferentes, conhecidas por transformações de Lorentz, não apenas implicavam que espaço e tempo eram intrinsecamente ligados, mas também que o próprio espaço-tempo deveria fazer parte do jogo, deixando de ser apenas uma simples arena para a matéria em movimento.

Essa intuição seria devidamente aprofundada e matematicamente estabelecida na Teoria da Relatividade Geral, na qual a presença de matéria e energia passa a gerar uma curvatura no espaço-tempo; é esta curvatura, que podemos imaginar como um conjunto de “vales" e “montanhas", que faz com que corpos nas redondezas se movam. Por exemplo, embora a Terra pareça ser puxada em direção ao Sol pela gravidade, não existe uma “força gravitacional" similar àquela introduzida por Isaac Newton no século XVII em sua Teoria da Gravitação Universal: é a geometria do espaço-tempo em torno do Sol que dita como a Terra deve se mover. Nesse sentido, a geometria substitui o conceito de força e a responsabilidade de descrever a interação gravitacional é transferida ao próprio espaço-tempo. A Teoria Quântica, por sua vez, é o formalismo teórico que nos proporciona a melhor descrição que temos da natureza e do comportamento da matéria e da energia em escalas microscópicas. Ela nasceu em 1900 com a hipótese de Max Planck de que a energia de qualquer radiação eletromagnética (um exemplo dessa radiação é a luz emanada por uma lâmpada) estaria concentrada em pacotes discretos, ou quanta, que hoje chamamos de fótons. Em um certo sentido, o fóton pode ser considerado como uma partícula de luz. Cinco anos depois, Einstein sugeriu que não apenas a energia, mas a própria radiação se comportava de forma quantizada. A aparente contradição entre o caráter corpuscular da luz e a visão tradicional da radiação em termos de ondas foi resolvida pelo princípio da dualidade onda-partícula, proposto por Louis de Broglie em 1924. De acordo com este princípio, os comportamentos corpuscular e ondulatório se manifestam isoladamente de acordo com a forma com que observamos a luz, ou mais precisamente de acordo com o tipo de experimento utilizado na sua observação. A luz não pode, portanto, se comportar como partícula e onda ao mesmo tempo. De acordo com Niels Bohr, as formas “partícula" e “onda" formam aspectos complementares da realidade. Por volta de 1928, graças aos esforços de Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, Paul Dirac, dentre outros, todas as regras e fórmulas matemáticas da Teoria Quântica estavam estabelecidas. Desde então, a Teoria Quântica (também conhecida por Física Quântica ou Mecânica Quântica) tem fornecido as previsões mais precisas já observadas nos domínios atômico e subatômico.

Apesar do enorme sucesso da Relatividade Geral e da Física Quântica em seus próprios domínios, ao tentamos aplicar os conceitos da Física Quântica à Relatividade Geral sempre obtemos resultados absurdos e que contradizem os fundamentos de ambas as teorias. Aparentemente, não somos capazes de descrever, com uma mesma teoria, fenômenos da Cosmologia e da Física atômica, da Astrofísica e da Física da matéria condensada, da Física dos buracos negros e da Física das partículas elementares. A Teoria da Relatividade Geral e a Teoria Quântica são simplesmente contraditórias entre si.

Seria, então, a construção de uma Teoria Quântica da Gravitação, etapa essencial na antiga busca da Física por uma visão unificada de todas as interações, impossível? Para muitos pesquisadores a resposta é um redondo não, uma vez que, dentre os muitos caminhos explorados nos últimos 50 anos na procura de uma Teoria Quântica da Gravitação, dois nos levaram a formalismos consistentes e com grande potencial para o entendimento das propriedades quânticas do campo gravitacional: a Teoria de Cordas e a Gravidade Quântica em Laços (do inglês Loop Quantum Gravity). É importante observar que ambas as teorias nunca foram testadas experimentalmente e ainda abrigam inúmeras questões em aberto, mas são atualmente as teorias mais promissoras para a esperada quantização da gravidade.

Entre os pioneiros da Gravidade Quântica em Laços está o físico italiano Carlo Rovelli. Juntamente com o físico Lee Smolin, Rovelli desenvolveu, no final dos anos 1980, uma maneira de tratar um campo gravitacional quântico em termos de uma nova variável chamada “laço" (do inglês loop). Esses laços representam simplesmente excitações quânticas das linhas de força do campo gravitacional, em uma clara analogia com o que observamos no eletromagnetismo clássico, onde linhas de força fechadas (ou seja, laços) representam campos magnéticos. Essa “representação de laços" permitiu a obtenção de uma grande classe de soluções exatas da então complicada equação de Wheeler-DeWitt, a principal equação da gravidade quântica. A introdução dos laços transformou a teoria de Wheeler-DeWitt, desenvolvida nos anos 1960, em um formalismo que pôde finalmente ser utilizado para o cálculo de quantidades físicas na gravidade quântica. Nascia nesse momento o que viria a ser conhecido por Gravidade Quântica em Laços. Mas, afinal, o que vem a ser esse formalismo e como ele tenta combinar a Relatividade Geral e a Teoria Quântica, duas teorias aparentemente incompatíveis?

A principal pista está na forma como a Gravidade Quântica em Laços enxerga o espaço. Para ela, o espaço deixa de ser um contínuo, ou seja, divisível ad infinitum, passando a ter uma estrutura granular. Essa propriedade do espaço está em plena consonância com as ideias da Física Quântica, que nos mostra, como no já citado exemplo da luz, que um campo de radiação pode ser representado por um quantum. Nos anos 1990, Rovelli mostrou que o volume dessas pequenas regiões do espaço era discretizado e extremamente pequeno (muito menor que qualquer núcleo atômico). Portanto, assim como ocorre no caso das cargas elétricas, em que o valor da carga de um objeto carregado é um múltiplo do valor de uma carga elementar, o volume dessas regiões é proporcional a um quantum de volume elementar. Esses quanta de espaço nada mais são que os laços introduzidos por Rovelli e Smolin, ou seja, os laços não estão imersos em um espaço independente e fixo, pois não há esse espaço; os laços são o próprio espaço, pois são excitações quânticas do campo gravitacional que, por sua vez, são relacionadas ao próprio espaço físico. Isso nos mostra que a identificação dos laços diretamente com o espaço está também em consonância com as ideias da Relatividade Geral. Porém, sendo o espaço-tempo quadridimensional composto pelo tempo e pelo espaço, o que ocorre com o tempo após a quantização do espaço? A resposta dada pela Gravitação Quântica em Laços é relativamente simples, apesar de perturbadora: uma vez que a ideia de um espaço contínuo que contém as coisas desaparece, a ideia de um tempo que flui de forma independente também some. A variável “tempo" não mais aparece nas equações que descrevem a matéria e os grãos de espaço. Nas palavras do próprio Rovelli, “o escoar do tempo é interno ao mundo, nasce no próprio mundo, a partir das relações entre eventos quânticos que são o mundo e são eles mesmos a nascente do tempo".

Não há garantias de que a Teoria da Gravidade Quântica em Laços esteja certa. É possível que esses estudos se mostrem incorretos ou mesmo que nos apontem que há um limite à explicação científica. Mas há, por sorte, a possibilidade de a teoria ser verificada experimentalmente, levando-nos ao tão esperado momento da história da ciência em que poderemos anunciar que uma explicação fundamental do Universo foi encontrada. Aguardemos.


*Professor do Instituto de Física da UFRGS desde 2011. Realizou sua graduação em Física na Unicamp e obteve os seus mestrado e doutorado no Instituto de Física Teórica (IFT) e na Unicamp, respectivamente. Possui doutorado-sanduíche pela Université de Montréal no Canadá e pós-doutorado pelo Institute for Particle Physics Phenomenology da Universidade de Durham na Inglaterra.