Uma nova pesquisa examina como a gravidade pode ser reconciliada com a termodinâmica por meio da teoria da Gravidade da Entropia.
Galáxias, estrelas, planetas e vida surgiram à medida que o Universo se expandia e se tornava mais complexo. No entanto, a segunda lei da termodinâmica diz que a entropia total de um sistema isolado deve aumentar ao longo do tempo, criando uma questão fundamental: como pode o aumento da organização cósmica coexistir com uma lei normalmente associada à desordem crescente?
Einstein declarou a famosa declaração de que “A segunda lei da termodinâmica ocupa uma posição única entre as leis da Natureza”, expressando a sua crença de que ela está entre os princípios mais fundamentais e duráveis da física. De acordo com a segunda lei, a entropia total dentro de um sistema isolado tende a aumentar com o passar do tempo.
A cosmologia enfrenta, portanto, um enigma persistente. Geralmente, acredita-se que o Universo primitivo começou em um estado de baixa entropia antes de passar para uma entropia mais alta. Durante essa mesma história, no entanto, a matéria reuniu-se em estruturas cada vez mais elaboradas, eventualmente produzindo galáxias, estrelas, planetas e vida. Explicar como esta ordem surgiu enquanto a entropia continuava a crescer continua a ser um desafio não resolvido.
Uma teoria reformula o quebra-cabeça da entropia
Num artigo publicado em Revisão Física DA matemática da Universidade Queen Mary de Londres, Professora Ginestra Bianconi, examina o problema por meio da Gravidade da Entropia (GfE), uma teoria da gravidade quântica que usa mecânica estatística para derivar a gravidade dos graus microscópicos de liberdade na geometria do espaço-tempo.
Sua análise do comportamento termodinâmico da teoria descobre que a entropia total do Universo aumenta com o tempo, enquanto sua entropia por unidade de volume diminui. Esta distinção deixa espaço para novas explicações sobre como as estruturas organizadas poderiam desenvolver-se localmente, mesmo com o aumento da entropia global.
A ideia de que a gravidade e a termodinâmica estão intimamente ligadas remonta ao trabalho de Jacob Bekenstein e Stephen Hawking na década de 1970. A sua investigação estabeleceu que os buracos negros têm entropia e libertam radiação térmica, apontando para uma relação mais profunda entre espaço-tempo, informação e calor.
A gravidade emerge da informação do espaço-tempo
Gravidade da Entropia (GfE) descreve a gravidade como emergindo de uma tensão teórica da informação entre a métrica do espaço-tempo físico e outra métrica produzida por campos de matéria e curvatura. Uma métrica é a estrutura matemática usada para descrever distâncias e geometria no espaço-tempo.
Esta interpretação aparece no GfE Lagrangiano através da Entropia Relativa Geométrica Quântica (QGRE), que mede a relação entre as duas métricas. Em baixas energias e curvatura fraca, as equações gravitacionais da teoria se reduzem à Relatividade Geral. Sob condições mais fortes, contudo, eles começam a divergir.
Fora desse limite fraco, as equações também geram um termo dinâmico de energia escura. Como esta contribuição muda ao longo do tempo, poderia potencialmente produzir observações que permitiriam aos físicos testar a teoria.
A expansão separa a entropia total e local
O professor Bianconi explorou a termodinâmica do GfE nos espaços-tempos cosmológicos de Friedmann – Robertson – Walker, modelos matemáticos usados para descrever um Universo em expansão e amplamente uniforme.
Os resultados indicam que os graus de liberdade geométricos locais seguem uma primeira lei da termodinâmica. Dentro desta descrição, o termo dinâmico de energia escura atua como energia interna, enquanto a Entropia Relativa Geométrica Quântica (QGRE) representa a entropia local por unidade de volume. Formas eficazes de temperatura e pressão também surgem naturalmente, sugerindo que o estado quântico por trás do GfE pode ter um caráter térmico inerente.
O elemento de volume local definido pela métrica física desempenha um papel central. À medida que a expansão cósmica aumenta este volume, a entropia total aumenta, mas a quantidade de QGRE dentro de cada unidade de volume diminui. Esta separação entre entropia total e local dá à teoria seu comportamento termodinâmico distinto.
Uma possível ponte permanece teórica
A estrutura sugere que a gravidade e o espaço-tempo podem estar fundamentalmente ligados à termodinâmica e à informação. Se for mais desenvolvido, poderá oferecer uma nova maneira de investigar as relações entre a gravidade, a teoria quântica, a cosmologia e o surgimento da complexidade.
A proposta permanece numa fase teórica inicial, mas o professor Bianconi argumenta que poderia ajudar a resolver divisões de longa data entre a relatividade geral, a termodinâmica, a mecânica quântica e a cosmologia.
Portanto, “Este trabalho revela como a teoria da Gravidade da Entropia pode enfrentar a questão desafiadora de reconciliar o segundo princípio da termodinâmica com o surgimento da complexidade no nosso Universo. Estes resultados podem abrir novos caminhos para investigar o problema de longa data de reconciliar os fundamentos da irreversibilidade cosmológica, o surgimento de estruturas complexas e, em última análise, da vida, com a dinâmica gravitacional fundamental, “diz o professor Bianconi.
Referência: “Termodinâmica da gravidade a partir da teoria da entropia” por Ginestra Bianconi, 16 de julho de 2026, Revisão Física D.
DOI: 10.1103/26kn-thgp
Nunca perca uma inovação: inscreva-se no boletim informativo SciTechDaily.
Siga-nos no Google e Google Notícias.
