Físicos Concebem 'Quasicristais Espaço-Temporais' Que Poderiam Fundamentar o Universo

Estados Unidos - Agência de Notícias Ekhbary

Físicos Concebem 'Quasicristais Espaço-Temporais' Que Poderiam Fundamentar o Universo

Num profundo salto teórico, os físicos estão a explorar a possibilidade de o próprio tecido do nosso universo poder ser estruturado como 'quasicristais espaço-temporais'. Estes não são cristais comuns; possuem uma ordem intrínseca, mas carecem dos padrões repetitivos encontrados em sólidos cristalinos convencionais. Embora os quasicristais tenham sido observados em materiais e até em meteoritos, a ideia de que possam existir nas dimensões interligadas do espaço e do tempo, tal como descrito na teoria da relatividade de Einstein, representa uma expansão radical dos conceitos físicos.

Os cristais convencionais são caracterizados por uma rede atómica altamente ordenada e repetitiva. Poder-se-ia imaginar que, se se deslocasse um cristal por uma certa quantidade, o seu padrão alinhar-se-ia perfeitamente consigo mesmo. Esta previsibilidade é fundamental para as suas propriedades. Os quasicristais, por outro lado, desafiam esta simples repetição. Exibem ordem de longo alcance, o que significa que a sua estrutura geral é previsível e organizada, mas a disposição específica dos seus átomos ou unidades não se repete de forma simples e periódica. Esta característica única levou à sua descoberta em diversos contextos, desde fragmentos de meteoritos a materiais produzidos por explosões atómicas.

O mais recente trabalho teórico, submetido ao arXiv.org, postula que estas estruturas fascinantes podem teoricamente existir não apenas em três dimensões espaciais, mas no próprio espaço-tempo – o contínuo quadridimensional que funde espaço e tempo. Em vez de estarem confinados a arranjos espaciais, estes 'quasicristais espaço-temporais' envolveriam intrinsecamente dimensões espaciais e temporais, criando uma estrutura dinâmica, ordenada mas não repetitiva dentro da estrutura fundamental do universo.

O físico teórico Felix Flicker, da Universidade de Bristol, em Inglaterra, que não esteve diretamente envolvido no estudo, mas está familiarizado com a investigação, comentou a importância das descobertes. "A minha sensação era que provavelmente não seria possível criar um quasicristal espaço-temporal adequado", admitiu Flicker. No entanto, reconheceu a conquista dos investigadores, descrevendo o seu trabalho como a proposta de "as coisas mais elegantes que se pode ter no espaço-tempo como uma entidade combinada".

Um aspeto crucial destes quasicristais espaço-temporais teóricos é a sua adesão à simetria de Lorentz. Este princípio fundamental da relatividade especial afirma que as leis da física são as mesmas para todos os observadores, independentemente do seu estado de movimento, particularmente a velocidades próximas da luz. Os cristais padrão e os quasicristais previamente conhecidos não possuem intrinsecamente esta simetria; um observador que se move a alta velocidade perceberia a sua estrutura de forma diferente devido a efeitos relativísticos como a contração do comprimento. No entanto, os quasicristais espaço-temporais propostos são formulados para permanecerem invariantes sob transformações de Lorentz, o que significa que a sua estrutura ordenada pareceria igual a um observador estacionário e a um que viaja a velocidades próximas da luz.

A construção matemática destes quasicristais espaço-temporais envolve uma técnica sofisticada. Os investigadores derivaram-nos tomando uma fatia quadridimensional através de uma grelha de pontos de dimensão superior e, em seguida, projetando esses pontos na fatia. O elemento crítico é que esta fatia tem uma inclinação irracional – uma inclinação que não pode ser expressa como uma fração simples de dois números inteiros, semelhante a pi. Esta inclinação irracional garante que a fatia nunca se alinhe diretamente com os pontos da grelha, gerando assim a estrutura característica não repetitiva, mas ordenada.

Sotiris Mygdalas, do Instituto Perimeter em Waterloo, Canadá, coautor do estudo, sugere que este quadro teórico pode ser mais do que uma mera curiosidade matemática. "O espaço-tempo em que vivemos pode ser um quasicristal", afirmou Mygdalas, aludindo a implicações profundas para a cosmologia e a física fundamental.

O conceito de quasicristais espaço-temporais pode oferecer insights significativos para as teorias da gravidade quântica. Estas teorias tentam reconciliar a relatividade geral com a mecânica quântica, propondo frequentemente que o próprio espaço-tempo é granular ou discreto em escalas extremamente pequenas. A natureza ordenada e não repetitiva dos quasicristais pode fornecer um modelo matemático de como o espaço-tempo pode ser estruturado nesses níveis fundamentais, ao mesmo tempo que respeita a simetria de Lorentz, uma pedra angular da física moderna.

Além disso, a investigação aborda as implicações para a teoria das cordas, que postula a existência de dimensões espaciais adicionais para além das três que percebemos. Embora a teoria das cordas frequentemente explique estas dimensões como sendo enroladas de forma demasiado pequena para serem detetadas, o modelo de quasicristais espaço-temporais oferece uma alternativa: as dez dimensões poderiam estar enroladas de tal forma que gerassem o espaço-tempo contínuo e aparentemente infinito que experienciamos, através do mecanismo de tomar uma fatia de inclinação irracional através de um espaço de dimensão superior.

Os próprios investigadores descrevem as suas descobertas como "inconfessadamente inacabadas" ('admittedly half-baked'), reconhecendo que é necessário um maior desenvolvimento teórico e evidências empíricas para validar estas ideias. No entanto, o apelo intelectual é inegável. O físico teórico Gregory Moore, da Rutgers University, que não participou no estudo, elogiou o trabalho, chamando-lhe "matemática bela", ao mesmo tempo que observava que "a física é muito altamente especulativa". No entanto, são estas explorações, por mais especulativas que sejam, que representam a vanguarda da física teórica, expandindo os limites da nossa compreensão e potencialmente revelando verdades mais profundas sobre a estrutura subjacente do universo.

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