În 2009, fizicianul teoretician Erik Verlinde a propus o reformulare radicală a gravitației. În teoria sa, gravitația nu este o forță fundamentală, ci mai degrabă o manifestare a unor procese ascunse mai profunde. Dar în cei 15 ani de atunci, nu a existat prea mult sprijin experimental pentru idee. Deci unde mergem mai departe?
Apariția este comună în întreaga fizică. Proprietatea temperaturii, de exemplu, nu este o proprietate intrinsecă a gazelor. În schimb, este rezultatul emergent al nenumăratelor ciocniri microscopice. Avem instrumentele pentru a potrivi acele coliziuni microscopice cu temperatura; într-adevăr, există o întreagă ramură a fizicii, cunoscută sub numele de mecanică statistică, care face cunoscute aceste conexiuni.
În alte domenii, conexiunile dintre comportamentele microscopice și proprietățile emergente nu sunt atât de clare. De exemplu, în timp ce înțelegem simplul mecanismele din spatele supraconductivitățiinu știm cum interacțiunile microscopice duc la apariția supraconductoarelor de înaltă temperatură.
Teoria lui Verlinde se bazează pe ceea ce Stephen Hawking și Jacob Bekenstein au observat în anii 1970: Multe proprietăți ale găuri negre poate fi exprimat în termenii legilor termodinamicii. Cu toate acestea, legile termodinamicii sunt ele însele emergente din procesele microscopice. Pentru Verlinde, aceasta a fost mai mult decât o simplă coincidență și a indicat că ceea ce percepem ca gravitație poate fi rezultatul unui proces fizic mai profund.
În 2009, a publicat prima versiune a teoriei sale. În mod esențial, nu trebuie să știm care sunt acele procese mai profunde, deoarece avem deja trusa de instrumente – mecanica statistică – pentru descrierea proprietăților emergente. Deci Verlinde a aplicat aceste tehnici gravitației și a ajuns la o formulare alternativă a gravitației. Și pentru că gravitația este, de asemenea, legată de conceptele noastre de mișcare, inerție, spațiu și timp, acest lucru înseamnă că întregul nostru univers este, de asemenea, emergent din aceleași procese mai profunde.
La început, nu a venit mare lucru din asta; rescrierea unei legi cunoscute a fizicii, deși este interesantă, nu oferă neapărat perspective mai profunde. Dar în 2016, Verlinde și-a extins teoria prin descoperirea că un univers conţinând energie întunecată conduce în mod natural la o nouă proprietate emergentă a spațiului, permițându-i astfel să se împingă în interior pe sine în regiuni cu densitate scăzută.
Această descoperire a dus la o rafală de entuziasm, deoarece a oferit o explicație alternativă pentru materia întunecată. În prezent, astronomii cred că materia întunecată este o substanță misterioasă, invizibilă, care alcătuiește cea mai mare parte a masei fiecărei galaxii. În timp ce această ipoteză a fost capabilă să explice o mulțime de observații, de la ratele de rotație a stelelor din galaxii până la evoluția celor mai mari structuri din cosmos, încă nu am identificat misterioasa particulă.
În imaginea lui Verlinde despre gravitația emergentă, de îndată ce intri în regiuni cu densitate scăzută – practic, orice în afara sistem solar — gravitația se comportă diferit decât ne-am aștepta de la cea a lui Einstein teoria relativității generale. La scară mare, există o atracție naturală spre spațiu în sine, care forțează materia să se aglomereze mai strâns decât ar fi altfel.
Această idee a fost incitantă, deoarece le-a permis astronomilor să găsească o modalitate de a testa această nouă teorie. Observatorii ar putea să ia această nouă teorie a gravitației și să o introducă în modele ale structurii și evoluției galaxiilor pentru a găsi diferențe între aceasta și modelele de materie întunecată.
De-a lungul anilor, însă, rezultatele experimentale au fost amestecate. Unele teste timpurii au favorizat emergenta gravitatie asupra materiei întunecate când a fost vorba de vitezele de rotație ale stelelor. Dar observațiile mai recente nu au găsit un avantaj. Și materia întunecată poate explica, de asemenea, mult mai mult decât ratele de rotație ale galaxiilor; testele din grupurile de galaxii au descoperit că gravitația emergentă este scurtă.
Acesta nu este sfârșitul gravitației emergente. Ideea este încă nouă și necesită o mulțime de ipoteze în calculele sale pentru a o face să funcționeze. Fără o teorie pe deplin realizată, este greu de spus dacă predicțiile pe care le face pentru comportamentul galaxiilor și al clusterelor reprezintă cu exactitate ceea ce ne-ar spune gravitația emergentă. Iar astronomii încă încearcă să dezvolte teste mai stricte, cum ar fi utilizarea datelor din fundalul cosmic cu microunde, pentru a pune teoria cu adevărat la iveală.
Gravitația emergentă rămâne o idee intrigantă. Dacă este corect, ar trebui să ne remodelăm radical înțelegerea lumii naturale și să vedem gravitația și mișcarea – și chiar mai multe concepte fundamentale, cum ar fi timpul și spațiul – printr-o lentilă de emergență din interacțiuni mai profunde și mai complicate. Dar deocamdată, rămâne pur și simplu o idee intrigantă. Doar timpul și testele observaționale extinse ne vor spune dacă suntem pe drumul cel bun.
Postat inițial pe Space.com.