De mai bine de un secol, fizica a fost împărțită între două teorii pe cât de strălucitoare, pe atât de incompatibile: relativitatea generală a lui Einstein, care explică gravitația și comportamentul obiectelor la scară mare, și mecanica cuantică, care descrie lumea particulelor infinit de mici. Acum, un studiu condus de profesorul Ginestra Bianconi, matematician la Universitatea Queen Mary din Londra, propune o abordare revoluționară pentru a unifica în sfârșit acești doi piloni ai științei. Folosind un concept numit entropie relativă cuantică, această nouă teorie ar putea transforma înțelegerea noastră despre gravitație și însăși structura universului.
De mai bine de un secol, fizicienii au încercat să înțeleagă cum funcționează Universul, dar două teorii majore, deși foarte puternice, par incompatibile. Pe de o parte, există relativitatea generală, formulată de Albert Einstein în 1915. Această teorie explică gravitația ca o curbură a spațiului-timp cauzată de obiecte masive. Imaginați-vă o trambulină: dacă puneți o minge grea pe ea, aceasta deformează pânza și face ca obiectele mai ușoare să se rostogolească spre ea. Așa funcționează gravitația la scară cosmică, influențând mișcarea planetelor, stelelor și chiar formarea găurilor negre. Pe de altă parte, mecanica cuantică, dezvoltată la începutul secolului al XX-lea, descrie comportamentul particulelor la scări extrem de mici, precum atomii și electronii. În această lume, regulile sunt foarte diferite: particulele pot fi în două locuri simultan, se pot comporta atât ca undele, cât și ca obiectele solide, iar evenimentele sunt guvernate de probabilități mai degrabă decât de certitudini.
Problema este că aceste două teorii, deși extrem de precise în domeniile lor respective, se contrazic de îndată ce încercăm să le combinăm. Pentru a explica situațiile în care atât efectele gravitaționale, cât și cele cuantice sunt importante, cum ar fi interioarele găurilor negre sau primele momente după Big Bang, niciunul nu este suficient. Găsirea gravitației cuantice, o singură teorie care ar unifica aceste două viziuni, este una dintre cele mai mari provocări ale fizicii moderne.
Studiul Ginestrei Bianconi, intitulat „Gravity from Entropy” și publicat în revista Physical Review D, propune o nouă abordare. În loc să privească gravitația ca o forță fundamentală, această teorie o descrie ca un fenomen emergent legat de entropia relativă cuantică, un concept din teoria informației cuantice. În fizică, entropia măsoară dezordinea sau incertitudinea unui sistem. Entropia relativă compară două stări ale aceluiași sistem și măsoară diferența dintre ele. În această nouă abordare, spațiu-timp nu mai este o simplă țesătură deformată de materie, ci un sistem cuantic a cărui structură geometrică reiese din aceste diferențe de entropie. Pentru a face această idee mai concretă, imaginați-vă un puzzle în care fiecare piesă reprezintă o bucată de informație cuantică. Cu cât entropia este mai mare, cu atât puzzle-ul este mai dezordonat. În această teorie, gravitația ar fi efectul rezultat din rearanjarea pieselor pentru a reduce această tulburare, o abordare radical diferită de cea a lui Einstein.
Un element central al acestei noi teorii este introducerea câmpului G, un câmp auxiliar care joacă un rol crucial în dinamica spațiu-timpului. În ecuațiile modificate ale relativității generale ale lui Bianconi, câmpul G acționează ca un multiplicator lagrangian, un termen matematic folosit pentru a impune constrângeri într-un sistem. Această inovație ar putea avea implicații majore. În primul rând, câmpul G ar putea oferi o explicație pentru materia întunecată misterioasă, substanța invizibilă care reprezintă aproximativ 27% din univers, dar nu interacționează cu lumina și rămâne nedetectată direct. Teoria lui Bianconi prezice apoi apariția unei mici constante cosmologice pozitive, în acord cu observațiile expansiunii accelerate a Universului, o trăsătură pe care modelele actuale se chinuie să o explice.
Lucrările Ginestrai Bianconi deschid noi perspective. Prin legarea gravitației de entropia cuantică, această abordare ar putea face posibilă construirea unei teorii cu adevărat unificate a gravitației cuantice, un Sfânt Graal pe care fizicienii l-au urmărit de zeci de ani. Mai mult, dacă câmpul G se dovedește a fi legat de materia întunecată, ar oferi un indiciu valoros pentru a dezvălui unul dintre cele mai mari mistere ale cosmologiei moderne.
Desigur, această teorie rămâne de testat și explorat în continuare. Vor fi necesare experimente și observații pentru a verifica dacă predicțiile din această abordare sunt în concordanță cu realitatea. Cu toate acestea, reprezintă un progres teoretic major care ne provoacă concepțiile tradiționale despre spațiu-timp și gravitație.
