Em 2009, o físico teórico Erik Verlinde propôs uma reformulação radical da teoria da gravidade. Em sua abordagem, a gravidade não é vista como uma força fundamental, mas sim como uma manifestação de processos mais profundos e ocultos. No entanto, nos 15 anos seguintes, houve poucos apoios experimentais à sua ideia. Portanto, qual seria o próximo passo?
A emergência é um conceito comum em diversas áreas da física. Por exemplo, a temperatura não é uma propriedade intrínseca dos gases, mas sim o resultado emergente de inúmeras colisões microscópicas. Temos ferramentas para correlacionar essas colisões microscópicas com a temperatura; de fato, existe um ramo inteiro da física, chamado mecânica estatística, que explora essas conexões.
Entretanto, em algumas áreas, as relações entre comportamentos microscópicos e propriedades emergentes não são tão claras. Por exemplo, embora entendamos os mecanismos básicos por trás da supercondutividade, ainda não compreendemos completamente como as interações microscópicas levam ao surgimento de supercondutores de alta temperatura.
A teoria de Verlinde se baseia na observação feita por Stephen Hawking e Jacob Bekenstein na década de 1970: muitas características dos buracos negros podem ser expressas em termos das leis da termodinâmica. No entanto, as leis da termodinâmica, por sua vez, emergem de processos microscópicos. Para Verlinde, isso não seria apenas uma coincidência, mas sim uma indicação de que o que percebemos como gravidade pode surgir de algum processo físico mais profundo.
Em 2009, ele apresentou a primeira versão de sua teoria. O aspecto crucial é que não precisamos conhecer os detalhes desses processos mais profundos, pois já dispomos de um conjunto de ferramentas – a mecânica estatística – para descrever propriedades emergentes. Dessa forma, Verlinde aplicou essas técnicas à gravidade e chegou a uma formulação alternativa. E, como a gravidade está intimamente ligada a conceitos como movimento, inércia, espaço e tempo, isso implica que todo o nosso universo também surge desses mesmos processos subjacentes.
Inicialmente, essa teoria não gerou muito impacto; reescrever uma lei física estabelecida, embora interessante, não necessariamente proporciona insights mais profundos. Contudo, em 2016, Verlinde expandiu sua teoria ao descobrir que um universo contendo energia escura naturalmente leva a uma nova propriedade emergente do espaço, permitindo que ele se contraia em regiões de baixa densidade.
Essa descoberta gerou grande entusiasmo, pois ofereceu uma explicação alternativa para a matéria escura. Atualmente, os astrônomos acreditam que a matéria escura seja uma substância misteriosa e invisível que compõe a maior parte da massa de todas as galáxias. Embora essa hipótese tenha sido capaz de explicar uma ampla variedade de observações, desde as taxas de rotação das estrelas dentro das galáxias até a evolução das maiores estruturas no cosmos, ainda não identificamos a misteriosa partícula.
Na visão de Verlinde sobre a gravidade entrópica, sempre que entramos em regiões de baixa densidade – basicamente, qualquer coisa fora do sistema solar – a gravidade se comporta de maneira diferente do que esperaríamos pela teoria da relatividade geral de Einstein. Em grandes escalas, há uma atração natural para o espaço em si, o que faz com que a matéria se agrupe mais densamente do que o faria de outra forma.
Essa ideia foi empolgante porque permitiu aos astrônomos encontrar uma maneira de testar essa nova teoria. Os observadores poderiam aplicar essa nova teoria da gravidade em modelos de estrutura e evolução das galáxias para encontrar diferenças entre ela e os modelos baseados em matéria escura.
Ao longo dos anos, no entanto, os resultados experimentais foram mistos. Alguns testes iniciais favoreceram a gravidade entrópica sobre a matéria escura quando se tratava das taxas de rotação das estrelas. Mas observações mais recentes não encontraram vantagens. Além disso, a matéria escura também pode explicar muito mais do que as taxas de rotação da galáxia; testes dentro de aglomerados de galáxias encontraram a gravidade entrópica ficando aquém.
Isso não significa o fim da gravidade entrópica. A ideia ainda é nova e requer muitas suposições em seus cálculos para funcionar. Sem uma teoria completamente desenvolvida, é difícil determinar se as previsões que faz para o comportamento das galáxias e aglomerados representam com precisão o que a gravidade entrópica nos diria. E os astrônomos ainda estão tentando desenvolver testes mais rigorosos, como usar dados do fundo cósmico de micro-ondas, para realmente testar a teoria.
A gravidade entrópica continua sendo uma ideia intrigante. Se estiver correta, teríamos que revisar radicalmente nossa compreensão do mundo natural e ver a gravidade e o movimento – e até conceitos mais fundamentais, como tempo e espaço – através de uma lente de emergência de interações mais profundas e complicadas. Mas por enquanto, permanece apenas uma ideia intrigante. Somente o tempo e testes observacionais extensivos nos dirão se estamos no caminho certo.
