De secole, gravitația i-a fascinat pe oamenii de știință. Datorită lucrărilor lui Newton și Einstein, înțelegem acum cum ea guvernează mișcarea planetelor, stelelor și chiar a galaxiilor. Totuși, atunci când încercăm să aplicăm aceste legi la particulele subatomice sau la obiecte extreme precum găurile negre, gravitația devine o adevărată enigmă. Acest mister, cu care fizicienii s-au confruntat de decenii, ar putea fi pe cale să fie rezolvat grație unei noi teorii îndrăznețe, corespondența AdS/CFT (pe care o să o explicăm ceva mai încolo), și cercetărilor experimentale realizate de o echipă de cercetători germani.
Gravitația, așa cum o cunoaștem, este omniprezentă în viața noastră de zi cu zi. Este forța care ne ține la sol, care face ca planetele să orbiteze în jurul Soarelui și care permite sateliților să orbiteze în jurul Pământului. Oamenii de știință pot prezice cu o precizie uimitoare mișcările corpurilor cerești, pot calcula mareele și chiar trimite sonde care explorează colțuri îndepărtate ale sistemului solar. Această teorie se prăbușește atunci când ne aventurăm în colțurile Universului unde forțe extrem de puternice, cum ar fi cele din găurile negre, intră în joc. La fel, la nivelul particulelor elementare, în domeniul cuantic, gravitația descrisă de Einstein nu mai este aplicabilă. Pentru a înțelege fenomene extreme precum Big Bang-ul sau interiorul găurilor negre, fizicienii au nevoie de o nouă teorie a gravitației.
Provocarea cu care se confruntă cercetătorii este imensă: cum să reconcilieze teoria relativității generale a lui Einstein, care descrie gravitația la scară cosmică, cu mecanica cuantică, care guvernează comportamentul particulelor subatomice? În prezent, aceste două teorii par a fi incompatibile. Fizicienii au nevoie de noi modele capabile să descrie gravitația la toate scările, inclusiv la nivel cuantic. Aici intervine corespondența AdS/CFT în căutarea gravitației cuantice.
Propusă la sfârșitul anilor ’90, Corespondența AdS/CFT (Anti-de Sitter/Conformal Field Theory) este o teorie din fizica teoretică care încearcă să facă legătura între două moduri diferite de a descrie universul: gravitația și mecanica cuantică. Imaginați-vă Universul ca pe un hologramă. În interior, universul este tridimensional și gravitația funcționează așa cum o cunoaștem. Însă la suprafața acestei „sfere” (sau la marginea unui spațiu fictiv numit „AdS”), lucrurile se pot descrie printr-o teorie complet diferită, una fără gravitație, care funcționează pe baza mecanicii cuantice (teoria câmpurilor conforme – CFT). În esență, ce se întâmplă în interiorul universului cu gravitație poate fi descris și calculat folosind o teorie mai simplă, cea de la marginea universului, unde gravitația nu este implicată direct. Această corespondență este importantă pentru că oferă o punte între teoria gravitației lui Einstein (care funcționează bine la scară mare, cosmică) și mecanica cuantică (care descrie comportamentul particulelor foarte mici), două teorii care, în mod normal, nu se „împacă” bine între ele. Un alt mod simplu de a vizualiza această teorie: imaginați-vă că gravitația este descrisă într-un fel de univers tridimensional curbat (AdS), dar că acest univers tridimensional poate fi descris complet și corect printr-un „film” bidimensional care rulează pe marginea sa (CFT), unde lucrurile sunt mult mai simple.
Până de curând, corespondența AdS/CFT rămânea doar o teorie frumoasă, dar nu fusese încă testată în mod concret. Aici intervine echipa de cercetare condusă de profesoara Johanna Erdmenger de la Universitatea din Würzburg, Germania. Acești cercetători au dezvoltat o metodă inovatoare pentru a testa această corespondență prin intermediul unui dispozitiv experimental, care a fost prezentată într-un articol publicat în Physical Review Letters.
Pentru a face acest lucru, au conceput un circuit electric care imită spațiu-timpul curbat. În acest sistem, semnalele electrice trimise în diferite puncte ale circuitului reprezintă ceea ce se întâmplă în diferite locuri din spațiu-timp. Astfel, dinamica gravitațională, care în mod normal este inaccesibilă, poate fi simulată și studiată în laborator. Primele rezultate teoretice ale echipei sunt promițătoare: calculele arată că dinamica semnalelor electrice în acest circuit corespunde celei prezise de corespondența AdS/CFT. Aceasta înseamnă că acum este posibilă testarea acestei teorii în condiții reale, deschizând calea către noi progrese în înțelegerea gravitației cuantice.
Dacă această teorie și experimentele care decurg din ea sunt confirmate, ar putea transforma înțelegerea noastră despre Univers la scară mică. Cercetătorii speră că aceste lucrări ar putea clarifica mistere încă nerezolvate, cum ar fi funcționarea exactă a găurilor negre sau condițiile care existau în timpul Big Bang-ului. Implicațiile nu se opresc aici. Aceste circuite cuantice capabile să simuleze spațiu-timpul curbat ar putea duce la inovații tehnologice. Potrivit profesoarei Erdmenger, aceste dispozitive ar putea îmbunătăți transmisia semnalelor electrice în tehnologii precum rețelele neuronale artificiale utilizate în inteligența artificială. Reducând pierderea semnalelor prin intermediul curburii simulate a spațiu-timpului, aceste circuite ar putea revoluționa în viitor modul în care procesăm datele.
Cercetările desfășurate la Würzburg reprezintă doar un prim pas, dar marchează un progres semnificativ în căutarea unei teorii unificate a gravitației. Combinând relativitatea generală cu mecanica cuantică, corespondența AdS/CFT ar putea fi cheia care ne va permite să înțelegem Universul la toate scările sale.
