Este artigo foi publicado originalmente em A conversa. A publicação contribuiu com o artigo para Space.com’s Vozes de especialistas: artigos de opinião e insights.
Por mais de um século, a física foi construída sobre duas grandes teorias. A relatividade geral de Einstein explica a gravidade como a curvatura do espaço e do tempo.
Mecânica Quântica governa o mundo de partículas e campos. Ambos funcionam brilhantemente em seus próprios domínios. Mas juntando-os, surgem contradições – especialmente quando se trata de buracos negros, escuro foscoR, energia escura e as origens do cosmos.
Meus colegas e eu temos explorado uma nova maneira de superar essa divisão. A ideia é tratar a informação – não a matéria, nem a energia, nem mesmo o próprio espaço-tempo – como o ingrediente mais fundamental da realidade. Chamamos esse quadro a matriz de memória quântica (QMM).
Em sua essência está uma afirmação simples, mas poderosa: espaço-tempo não é suave, mas discreto – feito de minúsculas “células”, que é o que sugere a mecânica quântica. Cada célula pode armazenar uma impressão quântica de cada interação, como a passagem de uma partícula ou mesmo a influência de uma força como eletromagnetismo ou interações nucleares, que passam. Cada evento deixa para trás uma pequena mudança no estado quântico local da célula do espaço-tempo.
Em outras palavras, o universo não apenas evolui. Isso lembra.
A história começa com o paradoxo da informação do buraco negro. De acordo com a relatividade, tudo o que cai num buraco negro desaparece para sempre. De acordo com a teoria quântica, isso é impossível. Informação nunca pode ser destruído.
QMM oferece uma saída. À medida que a matéria entra, as células do espaço-tempo circundante registam a sua marca. Quando o buraco negro eventualmente evapora, a informação não é perdida. Já foi escrito na memória do espaço-tempo.
Esse mecanismo é capturado matematicamente pelo que chamamos de operador de impressão, uma regra reversível que faz com que a conservação da informação funcione. Inicialmente, aplicamos isso à gravidade. Mas então perguntamos: e as outras forças da natureza? Acontece que eles se encaixam na mesma imagem.
Em nossos modelos, assumindo que existem células do espaço-tempo, as forças nucleares forte e fraca, que mantêm os núcleos atômicos unidos, também deixam rastros no espaço-tempo. Mais tarde, nós estendeu a estrutura ao eletromagnetismo (embora este artigo esteja atualmente sendo revisado por pares). Mesmo um simples campo elétrico altera o estado da memória das células do espaço-tempo.
Explicando a matéria escura e a energia escura
Isso nos levou a um princípio mais amplo que chamamos de dualidade geometria-informação. Nesta visão, a forma do espaço-tempo é influenciada não apenas pela massa e energia, como Einstein nos ensinou, mas também pela forma como a informação quântica é distribuída, especialmente através do emaranhamento. Emaranhamento é uma característica quântica na qual duas partículas, por exemplo, podem ser assustadoramente conectadas, o que significa que se você alterar o estado de uma, você automaticamente e imediatamente também mudará a outra – mesmo que esteja a anos-luz de distância.
Esta mudança de perspectiva tem consequências dramáticas. Num estudo, atualmente sob revisão por pares, descobrimos que aglomerados de impressões comportar-se como matéria escurauma substância desconhecida que constitui a maior parte da matéria do universo. Eles aglomeram-se sob a gravidade e explicam o movimento das galáxias – que parecem orbitar a velocidades inesperadamente altas – sem precisar de quaisquer novas partículas exóticas.
Em outro, mostramos como a energia escura também pode surgir. Quando as células do espaço-tempo estão saturadas, elas não conseguem registrar informações novas e independentes. Em vez disso, contribuem para uma energia residual do espaço-tempo. Curiosamente, esta contribuição restante tem a mesma forma matemática que o “constante cosmológica“, ou energia escura, que está fazendo o universo se expandir em ritmo acelerado.
Seu tamanho corresponde à energia escura observada que impulsiona a aceleração cósmica. Juntos, esses resultados sugerem que a matéria escura e a energia escura podem ser as duas faces da mesma moeda informacional.
Um universo cíclico?
Mas se o espaço-tempo tem memória finita, o que acontece quando ele fica cheio? Nosso último artigo cosmológico, aceito para publicação no The Journal of Cosmology and Astroarticle Physics, aponta para um universo cíclico – nascer e morrer repetidamente. Cada ciclo de expansão e contração deposita mais entropia – uma medida de desordem – no livro-razão. Quando o limite é alcançado, o universo “salta” para um novo ciclo.
Alcançar o limite significa que a capacidade de informação do espaço-tempo (entropia) está no máximo. Nesse ponto, a contração não pode continuar suavemente. As equações mostram que, em vez de colapsar para uma singularidade, a entropia armazenada provoca uma reversão, levando a uma nova fase de expansão. Isso é o que descrevemos como um “salto”.
Ao comparar o modelo com dados observacionais, estimamos que o universo já passou por três ou quatro ciclos de expansão e contração, restando menos de dez. Após a conclusão dos ciclos restantes, a capacidade informacional do espaço-tempo estaria totalmente saturada. Nesse ponto, não ocorrem mais saltos. Em vez disso, o universo entraria numa fase final de expansão lenta.
Isso faz com que a verdadeira “era informacional” do cosmos tenha cerca de 62 mil milhões de anos, e não apenas os 13,8 mil milhões de anos da nossa expansão actual.
Até agora, isso pode parecer puramente teórico. Mas já testamos partes do QMM nos computadores quânticos atuais. Tratamos os qubits, as unidades básicas dos computadores quânticos, como minúsculas células do espaço-tempo. Usando protocolos de impressão e recuperação baseados nas equações QMM, recuperamos os estados quânticos originais com mais de 90% de precisão.
Isso nos mostrou duas coisas. Primeiro, que o operador de impressão funciona em sistemas quânticos reais. Em segundo lugar, tem benefícios práticos. Ao combinar a impressão com códigos convencionais de correção de erros, reduzimos significativamente os erros lógicos. Isso significa que o QMM pode não apenas explicar o cosmos, mas também nos ajudar a construir melhor computadores quânticos.
O QMM reformula o universo tanto como um banco de memória cósmica quanto como um computador quântico. Cada evento, cada força, cada partícula deixa uma marca que molda a evolução do cosmos. Ele reúne alguns dos quebra-cabeças mais profundos da física, desde o paradoxo da informação até a matéria escura e a energia escura, desde os ciclos cósmicos até a flecha do tempo.
E faz isso de uma forma que já pode ser simulada e testada em laboratório. Quer o QMM seja a palavra final ou um trampolim, ele abre uma possibilidade surpreendente: o universo pode não ser apenas geometria e energia. Também é memória. E nessa memória, cada momento da história cósmica ainda pode estar escrito.
