Quando a sopa é aquecida, ela começa a ferver. Quando o tempo e o espaço são aquecidos, um universo em expansão pode emergir, sem a necessidade de qualquer evento extraordinário como um “Big Bang”. Esta fase de transição entre um espaço vazio e sem graça para um universo em expansão contendo massa foi agora descrita matematicamente por uma equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, juntamente com colegas da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, também nos EUA, e da Universidade de Edimburgo, na Escócia. A ideia por trás deste resultado é uma conexão notável entre a teoria quântica de campos e teoria da relatividade de Einstein. Todo mundo sabe das transições entre as fases líquida, sólida e gasosa da matéria. No entanto, os físicos Steven Hawking e Don Page já apontaram, em 1983, que o tempo e o espaço também podem sofrer uma transição de fase semelhante. Eles calcularam que um determinado espaço vazio pode se transformar em um buraco negro a uma temperatura específica.
Pode um processo similar a este criar todo um universo em expansão assim como o nosso? Daniel Grumiller, da Universidade de Tecnologia de Viena, pesquisou este assunto juntamente com colegas dos EUA e da Grã-Bretanha. Seus cálculos mostram que há realmente uma temperatura crítica em que um espaço-tempo plano e vazio se transforma em um universo em expansão com massa. “O espaço-tempo vazio começa a ferver, forma pequenas bolhas. Uma destas bolhas se expande e, eventualmente, domina todo o espaço-tempo”, explica Grumiller. Para que isso seja possível, o universo tem de rotacionar – ou seja, a receita para a criação do universo é fundamentalmente “aquecer e agitar”. Entretanto, a rotação necessária pode ser arbitrariamente pequena. Primeiramente, um espaço-tempo com apenas duas dimensões espaciais foi considerado.
“Mas não há nenhuma razão para que o mesmo não seja verdade para um universo com três dimensões espaciais”, diz Grumiller. O modelo de fase de transição não tem o objetivo de substituir a teoria do Big Bang. “Hoje, os cosmólogos sabem muito sobre o início do universo – não estamos desafiando suas descobertas. Estamos interessados na questão de que as transições de fase são possíveis para o tempo e o espaço e como a estrutura matemática do espaço-tempo pode ser descrita”, explica. A nova teoria é o próximo passo lógico após a chamada “correspondência AdS-CFT”, uma conjectura apresentada em 1997, que influenciou fortemente as investigações fundamentais da física desde então. A correspondência descreve uma ligação peculiar entre as teorias da gravidade e a quântica de campos – duas áreas que, à primeira vista, não têm muito em comum.
Entretanto, em certos casos-limites, de acordo com a AdS-CFT, declarações de teorias quânticas podem ser traduzidas em afirmações sobre teorias gravitacionais e vice-versa. Isso é quase tão surpreendente quanto a ideia de se fazer declarações sobre uma pedra caindo no chão baseado no cálculo da temperatura de um gás quente. Duas áreas completamente diferentes estão sendo conectadas – mas funciona. Nesse tipo de correspondência, a teoria quântica de campos é sempre descrita em uma dimensão a menos do que a teoria gravitacional. Isso é chamado de “princípio holográfico”. Semelhante a um holograma bidimensional que pode representar um objeto tridimensional, uma teoria quântica de campos com duas dimensões espaciais pode descrever uma situação física em três dimensões.
Para fazer isso, os cálculos gravitacionais geralmente têm que ser feitos a partir de um espécie exótica de geometria: a chamada “anti-de Sitter”, que é bastante diferente da geometria plana com a qual estamos acostumados. Todavia, pesquisadores suspeitam de que pode haver uma versão semelhante do “princípio holográfico” para espaços-tempos planos. Por muito tempo, no entanto, não existia modelo algum capaz de mostrar isso. No ano passado, Daniel Grumiller e seus colegas conseguiram desenvolver um modelo deste tipo (em duas dimensões espaciais, para simplificar). Isto levou à questão atual: transições de fase em teorias quânticas de campo são bem conhecidas, mas, por razões de simetria, isto significaria que as teorias gravitacionais deveriam apresentar transições de fase também.
“No começo, este era um mistério para nós”, diz Daniel Grumiller. “Isto significaria uma fase de transição entre um espaço-tempo vazio e um universo em expansão. Para nós, isto soa extremamente improvável”. No entanto, foi exatamente isto que os cálculos mostraram. “Estamos apenas começando a entender estas incríveis relações de correspondência”, conta Grumiller. Quais novas ideias sobre nosso próprio universo podem resultar a partir desta descoberta é difícil dizer – apenas o espaço-tempo nos dirá.
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