Revista Quanta

25 de maio de 2023

Renate Loll estuda a textura do espaço-tempo simulando universos digitais.

Ilvy Njiokiktjien para Quanta Magazine

Funcionário escritor

25 de maio de 2023

Renate Loll viu universos que dariam pesadelos ao Doutor Estranho. Ela explorou mundos 3D, planícies e realidades fraturadas com dimensões fracionárias. Ela viu universos com curvas suaves e universos explodindo com picos violentos. Ela testemunhou universos em eterna expansão e universos nos quais o espaço não existe.

Depois de assistir a essas e a um número incontável de outras histórias cósmicas se desenrolando na memória digital de seus computadores, Loll não aceita mais nada como certo - certamente não as três dimensões monótonas do espaço e uma dimensão do tempo que compõem o tecido de nossa realidade. .

"Nada está predeterminado", disse Loll, físico teórico da Radboud University, na Holanda.

Loll acredita que um censo cuidadoso desses universos digitais poderia desvendar certos aspectos da gravidade quântica – a teoria quântica mais precisa que presumivelmente fundamenta a noção de espaço, tempo e gravidade de Einstein. Com a relatividade geral, Einstein definiu a gravidade – uma força misteriosa – como consequência da forma do espaço e do tempo. Um princípio central da teoria quântica sugere que essa forma não é apenas uma geometria simples, mas, em certo sentido, uma média de todas as formas possíveis. A essas suposições, Loll acrescenta o requisito aparentemente óbvio de que as causas vêm antes dos efeitos. Ela suspeita que esses três ingredientes – geometria, teoria quântica e causalidade – são suficientes para permitir cálculos de força bruta da estrutura fundamental da realidade – sem loops, cordas ou dimensões extras necessárias.

Loll e seus colaboradores passaram mais de 20 anos aproximando a realidade usando padrões de triângulos digitais. A teoria deles, conhecida como triangulações dinâmicas causais, mostrou que, se você misturar uma infinidade de universos possíveis, poderá produzir um cosmos muito parecido com o nosso. Ela e seus colaboradores também encontraram indícios de que, em escalas minúsculas, o espaço-tempo pode ter uma estrutura completamente inesperada – uma impressão digital quântica da mistura de mundos.

“Esta é a primeira evidência genuína de que existe uma estrutura quântica não trivial em escalas curtas, algo que eu nunca teria pensado classicamente”, disse ela.

Loll, que acabou de ser nomeada Cavaleiro da Ordem do Leão da Holanda, falou recentemente com a Quanta Magazine sobre por que ela se tornou um simulador de espaço-tempo, como ela cria todos esses universos possíveis e para onde o campo da gravidade quântica pode ir a seguir. . A entrevista foi condensada e editada para maior clareza.

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Vídeo: Renate Loll descreve sua teoria de triangulações dinâmicas causais e como ela pode desbloquear certos aspectos da gravidade quântica.

Christopher Webb Young/Revista Quanta; Ilvy Njiokiktjien para Quanta Magazine

Na verdade, comecei com alguns trabalhos de pós-graduação em economia, mas logo fiquei com saudades de física, que estudei na graduação. A economia trata de prever o comportamento das pessoas. A física de alta energia, com suas leis fundamentais, é muito mais simples.

Passei 10 anos da minha vida no programa de gravidade quântica em loop. Isso foi realmente empolgante no início, mas depois de fazer inúmeros cálculos extremamente formais e abstratos com caneta no papel, no início dos anos 1990 comecei a sentir inveja de outros grupos que estavam realizando estudos mais concretos do espaço-tempo fazendo cálculos em um computador.

Esses estudos sugeriram que os computadores poderiam sondar possíveis estruturas quânticas do espaço-tempo, mas eles lutaram para produzir tecidos expansivos do espaço como o que vemos. Meu colega Jan Ambjørn e eu nos perguntamos se o problema era que o espaço-tempo que esses estudos estavam usando tinha uma geometria "euclidiana" irrealista. Os espaços-tempos euclidianos são atemporais. Neles, o tempo, que normalmente aponta em uma direção, foi transformado em apenas mais uma dimensão do espaço, que não possui seta intrínseca. Então esses modelos não têm nenhuma noção de causalidade – a exigência de que a causa vem antes do efeito.