Matemáticos podem explicar como os distúrbios se propagam através do espaço-tempo

O Universo tal como conhecemos é constituído por um contínuo de espaço e tempo – um tecido que é curvado por objetos maciços, como estrelas e buracos negros – que dita o movimento da matéria.

 

Graças às ondas gravitacionais de Einstein, sabemos que os distúrbios podem se propagar através do espaço e do tempo. Mas o que é menos compreendido é como isso acontece quando as propriedades do tecido estão mudando continuamente. Mas isso poderia estar prestes a mudar. Os pesquisadores acabam de chegar a um novo quadro matemático que poderia explicar como os distúrbios se movem através desse tecido, um conceito conhecido como “padrões de campo“.

 

Para entender os padrões de campo, muito simplesmente podemos quebrar o espaço-tempo em um tabuleiro de xadrez. Os quadrados pretos representam um material, e os quadrados brancos representam outro material com propriedades diferentes. A dimensão horizontal do tabuleiro de xadrez representa o espaço e a dimensão vertical representa o tempo.

 

Agora imagine uma perturbação, como um pulso de luz laser, movendo-se para a frente no tempo (começando na parte inferior do tabuleiro de xadrez) e se espalhando no espaço através dos limites de cada quadrado de xadrez. O que a teoria de padrões de campo pretende descrever é a propagação desse pulso e onde ele vai acabar. Para fazer isso, Milton e sua colega Ornella Mattei usam simulação computacional para testar e observar como uma série de sistemas e padrões teóricos se comportariam.

 

Por que nos preocupamos com isso? Os padrões de campo exibem características de ondas de propagação e partículas localizadas, de modo que esta nova estrutura matemática poderia responder a algumas das maiores questões da Mecânica Quântica, quando os objetos ultrapassaram a linha tênue entre partículas e ondas.

 

De acordo com o pesquisador principal Graeme Milton da Universidade de Utah, os padrões de campo podem até descrever como alguns dos componentes fundamentais da matéria no Universo existem. “Quando você abre as portas para uma nova área“, Milton explica, “você não sabe para onde irá.“

 

Ainda não está entendendo o conceito? Não se preocupe, você não está sozinho. Enquanto a analogia do tabuleiro de xadrez é a mais simples, talvez seja melhor pensar nas ramificações de uma árvore. Pense nas raízes da árvore como a perturbação inicial e o chão como o ponto inicial do tempo. À medida que o tempo avança – e a árvore cresce –, o distúrbio se divide e se ramifica ao encontrar limites diferentes.

 

Uma vez que você chega ao topo da árvore, há uma rede complexa de ramos que podem ser descritos como o padrão de campo. “Você pode imaginar em uma árvore que há um vento soprando de uma direção que ondula as árvores de um lado, mas há outra árvore, com seus próprios conjuntos separados de folhas, como se o vento estivesse vindo de uma direção diferente“, explica Milton.

 

As aplicações do trabalho ainda estão surgindo, mas uma área onde isso pode ser particularmente relevante é a Mecânica Quântica. Uma das perguntas que temos sobre a Mecânica Quântica é exatamente como os objetos se comportam como partículas e ondas – na mecânica quântica, as partículas não têm um local específico até que sejam medidas. Em vez disso, sua provável localização é representada como nuvens.

 

Mas assim que um observador mede a posição de um objeto, o comportamento ondulatório se transforma em um único ponto de localização, como uma partícula. Isso é conhecido como dualidade onda-partícula. Os padrões de campo podem explicar essa dualidade, pois os distúrbios são representados como pontos e linhas discretas, como uma partícula que também se difunde como uma onda.

 

Em sua forma atual, a teoria do padrão de campo não permite que o padrão se desmorone em um único ponto, mas os pesquisadores pensam que isso poderia ser possível. Ainda mais do que isso, eles acreditam que os padrões de campo têm uma conexão com os blocos básicos de construção da matéria. Uma ideia crescente na Física é que as flutuações no espaço e no tempo nas menores escalas poderiam dar origem a padrões de campo que se manifestam como elétrons e prótons. “O que vemos como elétrons, prótons ou ondas mecânicas quânticas são manifestações da escala microscópica fundamental desses padrões de campo“, disse Milton.

 

Este ainda é um trabalho teórico muito incipiente e os modelos de padrão de campo atuais que os pesquisadores desenvolveram têm suas limitações. Agora que esta pesquisa foi publicada, outros matemáticos podem começar a conduzir suas próprias investigações na área. A pesquisa foi publicada em Proceedings of the Royal Society A.

[ Science Alert ] [ Foto: Reprodução / Wikipédia  ]