Pesquisadores conseguiram observar diretamente, pela primeira vez, um efeito gravitacional previsto pela teoria de Albert Einstein em um objeto quântico que estava em queda. Este experimento demonstrou que um dos pilares da teoria da gravidade mantém sua compatibilidade com a mecânica quântica sob as condições testadas.
A investigação foi conduzida por um grupo internacional composto por cientistas da Universidade Ben-Gurion do Negev, da Universidade de Ulm e da Universidade de Oxford, contando com a participação do físico laureado com o Prêmio Nobel, Sir Roger Penrose. Os achados foram divulgados na revista Science Advances em 2 de setembro.
Este resultado é significativo porque a física moderna se apoia em duas estruturas altamente bem-sucedidas, mas que ainda carecem de uma unificação completa: a mecânica quântica, responsável por descrever o comportamento de partículas minúsculas, e a teoria de Einstein, que explica a gravidade, a queda de corpos e a estrutura cósmica em larga escala. O novo teste focou precisamente na área onde essas duas descrições se cruzam.
Detalhes do Experimento
A fase quântica mensurada durante o experimento correspondeu à previsão obtida ao aplicar o princípio da equivalência de Einstein a este tipo específico de onda quântica. Este princípio postula, de maneira simplificada, que a gravidade deve ser inexistente localmente para um observador em estado de queda livre, o que ilustra a sensação de ausência de peso sentida em um elevador caindo.
Embora este princípio já tenha sido validado com alta exatidão utilizando matéria comum, o desafio residia em testá-lo diretamente em entidades quânticas, que possuem a capacidade de exibir comportamento ondulatório e percorrer múltiplos caminhos simultaneamente.
Os pesquisadores ressaltam que, embora trabalhos anteriores já tivessem usado partículas quânticas para medir a gravidade, o diferencial deste novo estudo foi realizar a primeira medição direta da fase quântica esperada para um corpo em queda livre.
Ron Folman, autor principal do estudo, declarou: “Este é um artigo único porque combina um experimento difícil com uma interpretação teórica de longo alcance sobre uma das questões mais fundamentais da física: como a gravidade, descrita pela teoria de Einstein, e a teoria quântica podem ser unificadas em uma compreensão do Universo?”. Vlatko Vedral, professor da Universidade de Oxford e coautor, acrescentou que o experimento empurrou a mecânica quântica para uma de suas fronteiras mais instigantes.
Limitações e Próximos Passos
Apesar da relevância do desfecho, os próprios cientistas são cautelosos ao definir os limites desta descoberta. Eles esclareceram que o experimento não gerou uma teoria unificada entre a mecânica quântica e a gravidade, nem provou que a gravidade em si seja quântica. O que foi demonstrado é que o princípio da equivalência de Einstein permanece coerente com a mecânica quântica dentro do escopo das condições analisadas.
Adicionalmente, o resultado não invalida a hipótese proposta por Roger Penrose, que sugere que a mecânica quântica pode falhar quando objetos com massa suficiente mantêm estados de superposição por tempo prolongado. Contudo, o experimento atual não utilizou objetos com massa ou superposições duradouras o bastante para testar essa especulação.
A equipe planeja expandir a metodologia para incluir objetos mais pesados, como nanodiamantes, e testes com esse propósito já estão em curso no mesmo grupo da Universidade Ben-Gurion do Negev. A pesquisa envolve colaborações entre a Universidade Ben-Gurion do Negev, Universidade de Oxford, Universidade de Southampton, Centro Aeroespacial Alemão, Instituto de Tecnologias Quânticas de Ulm, Universidade de Ulm e Texas A&M University.