Experiências podem revelar se a gravidade é uma força quântica

A gravidade atravessa todos os aspetos do nosso mundo: puxa-nos para a Terra e mantém unido o Sistema Solar, as galáxias e o Universo pelo qual o nosso planeta se desloca.

Contudo, a ideia de que a gravidade - uma força invisível - possa apresentar as mesmas propriedades quânticas das componentes mais diminutas da matéria é uma das hipóteses mais ousadas da física, além de ser extremamente difícil de testar.

Agora, uma equipa de físicos dos Países Baixos e da Alemanha afirma ter concebido experiências capazes de revelar se a gravidade é, no seu fundamento, uma força quântica, cujas propriedades são definidas às menores escalas possíveis, ou uma força clássica e geométrica, tal como Einstein a imaginou.

A natureza quântica ou clássica da gravidade

Três das quatro forças fundamentais da natureza podem ser descritas pela mecânica quântica, mas a gravidade - a mais fraca de todas - ainda não. Determinar se a gravidade tem uma natureza clássica ou quântica poderá ajudar a reconciliar estas aparentes diferenças e talvez contribua também para esclarecer alguns dos atuais mistérios por resolver relativos à gravidade.

Normalmente, a mecânica quântica é associada às partes mais pequenas do nosso mundo, onde os efeitos quânticos são mais evidentes: partículas subatómicas como os eletrões, pacotes de luz designados fotões, átomos completos e até moléculas.

No entanto, em teoria, todos os objetos - desde planetas e sistemas solares até galáxias inteiras e, possivelmente, o Universo completo - poderiam ser descritos pelas leis da mecânica quântica, existindo como um conjunto de possibilidades antes de serem observados.

À medida que os objetos aumentam de dimensão e acumulam gravidade, porém, tendem a perder as suas características quânticas e a comportar-se de modo clássico - a forma como passámos a conhecê-los.

Se massas mais pesadas, com campos gravitacionais mais intensos, pudessem comportar-se como uma partícula quântica, existindo em vários estados simultaneamente e tornando-se entrelaçadas, seria extremamente difícil detetá-lo. Isto acontece porque o entrelaçamento quântico, até agora o principal teste de «carácter quântico», é incrivelmente frágil e colapsa perante a mais pequena perturbação, mesmo a nível subatómico.

«A extrema fraqueza da interação gravitacional, em comparação com todas as outras forças, colocou-nos na difícil situação de ainda não conseguirmos investigar a sua natureza última», escrevem Ludovico Lami, físico matemático da Universidade de Amesterdão, e os seus colegas no artigo.

Experiências para testar a gravidade quântica

Em experiências anteriores que procuraram entrelaçamento quântico entre massas e os respetivos campos gravitacionais, o objeto mais pesado que os físicos observaram entrar num estado entrelaçado é mais de um quintilião de vezes mais leve do que a menor massa cujo campo gravitacional foi detetado. Segundo os cientistas, isto continua a ser demasiado pequeno para produzir um «campo gravitacional apreciável».

Para contornar este bloqueio, Lami e os colegas propuseram uma série de experiências que poderia revelar o «carácter quântico» da gravidade sem gerar nem exigir a deteção de qualquer entrelaçamento.

As experiências recorreriam a dois pêndulos de torção, semelhantes ao utilizado pelo cientista inglês Henry Cavendish para medir pela primeira vez a força da gravidade em 1797, bem como a escudos, espelhos e lasers.

Por enquanto, estas experiências são inteiramente teóricas, mas isso não impediu Lami e os colegas de calcularem os limites superiores de determinados sinais experimentais de carácter quântico que a gravidade, caso seja clássica, não deveria conseguir ultrapassar.

«Analisámos cuidadosamente os requisitos experimentais necessários para aplicar a nossa proposta em experiências reais», explica Lami, «e concluímos que, embora ainda seja necessário algum progresso tecnológico, estas experiências poderão realmente estar ao nosso alcance em breve.»

No entanto, os investigadores fizeram alguns pressupostos nos seus cálculos que são alvo de intenso debate. Existem ainda outras propostas de experiências de bancada que poderiam detetar a gravidade quântica.

O estudo foi publicado na Physical Review X.