Matéria é o que compõe o universo, mas o que é matéria?
Durante séculos, os físicos se esforçaram para desvendar os segredos da matéria. Dos antigos gregos a Newton, Einstein e Maxwell, todos esses cientistas renomados tentaram identificar a constituinte mais fundamental da matéria ao nosso redor.
Com a mecânica quântica, a teoria da dualidade onda-partícula ofereceu algumas respostas a essa pergunta. Com o advento da teoria quântica de campos, o modelo padrão e a teoria das supercordas, vários elementos fundamentais foram propostos.
E, recentemente, dois físicos teóricos também sugeriram outra hipótese: a matéria poderia ser basicamente composta de fragmentos de energia.
Um mecanismo subjacente à dualidade onda-partícula
Usando novas ferramentas matemáticas, os autores do artigo na revista Physics Essays propuseram uma nova teoria que poderia descrever com precisão o Universo.
Em vez de basear a teoria na deformação do espaço e do tempo, eles consideraram que poderia haver um bloco de construção mais fundamental do que a partícula e a onda.
Os cientistas entendem que partículas e ondas são opostos existenciais: uma partícula é uma fonte de matéria que existe em um único ponto, e as ondas existem em toda parte, exceto nos pontos que as criam.
No entanto, ambos os físicos começaram com a seguinte hipótese: deve haver um mecanismo subjacente ligando essas duas representações físicas.
Fragmentos de energia: seriam a base da matéria
A teoria começa com uma nova ideia fundamental: a energia sempre “circula” por regiões do espaço-tempo. Pense na energia como sendo composta de linhas que preenchem uma região do espaço e do tempo, movendo-se para dentro e para fora dessa região, nunca começando, nunca terminando e nunca se cruzando.
Partindo da ideia de um universo de linhas de energia fluida, os autores buscaram um único elemento constituinte da energia em movimento. Ao encontrar e definir tal coisa, eles esperavam ser capazes de usá-lo para fazer previsões precisas sobre o Universo em uma escala cada vez menor.
Havia muitos blocos de construção para escolher matematicamente, mas os físicos procuraram um que tivesse as características da partícula e da onda – concentrado como a partícula, mas também distribuído no espaço-tempo como a onda.
O elemento escolhido é um bloco de construção que parece uma concentração de energia com a energia mais alta no centro e que diminui cada vez mais a partir do centro.
Os autores descobriram que havia apenas um número limitado de maneiras de descrever um fluxo de concentração de energia. Destes, apenas um trabalhou de acordo com a definição matemática de fluxo.
Eles o chamaram de fragmento de energia. Este elemento é definido como A = -⍺ / r, onde ⍺ é a intensidade e r é a função da distância. Usando o fragmento de energia como o bloco de construção da matéria, os pesquisadores desenvolveram a matemática necessária para resolver problemas de física. A última etapa foi testar esse novo mecanismo.
Uma hipótese compatível com as previsões da relatividade geral
Há mais de 100 anos, Einstein se voltou para dois problemas na física para validar a relatividade geral: a precessão na órbita de Mercúrio e a minúscula curvatura da luz ao passar pelo sol.
Esses problemas estavam em ambas as extremidades do espectro de tamanho. Nem as teorias das ondas nem as das partículas de matéria poderiam resolvê-los, mas a relatividade geral sim.
A teoria da relatividade geral admite a deformação do espaço-tempo para explicar o deslocamento da trajetória de Mercúrio e a curvatura da luz nas proporções exatas definidas por observações astronômicas.
Se a nova teoria tivesse a chance de substituir a partícula e a onda por um fragmento mais fundamental, ela também deveria ser capaz de resolver esses problemas.
Para o problema da precessão de Mercúrio, os autores modelaram o Sol como um enorme fragmento estacionário de energia e Mercúrio como um fragmento de energia menor, mas ainda muito grande, lento.
Para o problema da curvatura da luz, o Sol foi modelado da mesma maneira, mas o fóton foi modelado como um minúsculo fragmento de energia movendo-se à velocidade da luz.
Em ambos os problemas, os pesquisadores calcularam as trajetórias dos fragmentos em movimento e obtiveram as mesmas respostas dadas pela teoria da relatividade geral.