Gravidade Quântica

Em Fevereiro de 2009, o Telescópio Fermi parecia estar a recolher dados que confirmam as previsões de algumas teorias de gravidade quântica.

Estas teorias, como por exemplo a Teoria das Cordas, tentam conciliar a Teoria da Relatividade Geral, que descreve a relação íntima entre a gravidade e a forma do espaço-tempo, com a Mecânica Quântica, que descreve os fenómenos a escalas atómicas e sub-atómicas. A construção e validação de uma teoria da gravidade quântica é talvez o maior desafio actual da física. Por outro lado, testar as previsões das propostas actuais é complicado para dizer o mínimo. As energias a partir das quais os efeitos das mesmas se começam a manifestar são inatingíveis nos laboratórios terrestres, com a possível excepção do LHC quando entrar em funcionamento pleno.

Segundo estas teorias, a gravidade, a mais fraca das quatro forças fundamentais conhecidas (gravidade, electromagnética, nuclear fraca e nuclear forte) da escala cósmica à sub-atómica, torna-se a força dominante para escalas muito pequenas, próximas do chamado comprimento de Planck (cerca de 10^-35 metros !). A esta escala o espaço-tempo não é plano e regular mas tem uma topologia complicada e altamente dinâmica, com pares de partícula-antipartícula a aparecerem e desaparecerem quase instantâneamente. Devido precisamente a este aspecto do espaço-tempo, algumas versões da gravidade quântica prevêm que a velocidade da luz diminui muito ligeiramente à medida que a energia dos fotões aumenta. Aparentemente, os fotões de muito alta energia “sentem” a turbulência do espaço-tempo. Este efeito não é mensurável em laboratórios terrestres mas aqui entra em cena o telescópio Fermi.
A observação de raios gama de energias variadas provenientes de explosões de raios gama (GRBs) muito distantes permitiu detectar, até agora claramente apenas em dois casos, um atraso dos fotões de mais alta energia relativamente aos de menor energia que é consistente com as previsões de que os fotões de energias mais elevadas viajam mais devagar. No entanto, com tão poucas observações, não está posta de parte a hipótese do atraso ser devido a outro mecanismo, por exemplo, raios gama de diferentes energias serem gerados em momentos diferentes na evolução do GRB.
Para determinar qual das explicações é válida é necessário observar um grande número de GRBs ao longo de meses ou anos. Se o atraso observado aumentar com a distância dos GRBs onde são originados os raios gama então o efeito deverá ser a primeira demonstração da gravidade quântica, um feito notável! Se os atrasos não apresentarem nenhuma correlação apreciável com a distância, então outra causa estará por detrás do efeito.

Note-se que, há uns anos, a primeira demonstração (indirecta) da existência de ondas gravitacionais pela observação de pulsares valeu um prémio Nobel. No caso da primeira demonstração de um efeito da gravidade quântica o caso não seria para menos.