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Não tenha medo de cair em um buraco negro – você pode viver em um, como um holograma

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Alô! fãs de Interestelar

 POR MARIKA TAYLOR*

Buracos negros não merecem sua reputação ruim (Foto: nasa)BURACOS NEGROS NÃO MERECEM SUA REPUTAÇÃO RUIM (FOTO: NASA)

No filme ‘Interestelar‘, o personagem principal, Cooper, escapa de um buraco negro a tempo de ver sua filha, Murph, nos seus últimos dias. Algumas pessoas comentam que o filme é tão científico que devia ser mostrado em escolas. Mas, na verdade, muitos cientistas acreditam que ir parar em um buraco negro significaria o nosso fim. No entanto, um novo estudo sugere que esse pode não ser o caso.

A pesquisa mostra que, em vez de sermos devorados, se caíssemos em um buraco negro seríamos absorvidos e viraríamos um holograma – sem nem perceber. O estudo desafia uma teoria rival que afirma que qualquer um que cai em um buraco negro atinge uma espécie de ‘firewall’ e é imediatamente destruído.

Os buracos negros de Hawkins

Há quarenta anos, Stephen Hawking chocou a comunidade científica com a sua descoberta de que buracos negros não são negros. A física clássica afirma que qualquer coisa que caia através do horizonte de um buraco negro nunca mais vai escapar. Mas Hawking mostrou que buracos negros emitem radiação continuamente uma vez que efeitos quânticos são levados em consideração. Infelizmente, para a astrofísica típica, a temperatura dessa radiação é bem menor do que a do ‘plano de fundo cósmico’, o que significa que não conseguimos detectá-la com a tecnologia atual.

Os cálculos de Hawking nos deixam perplexos. Se um buraco negro emite radiação de forma contínua, ele vai perder massa constantemente – eventualmente evaporando. Hawking percebeu que isso era um paradoxo: se um buraco negro pode evaporar, a informação sobre ele seria perdida para sempre. Isso singifica que, mesmo que a gente consiga medir a radiação de um buraco negro, poderíamos nunca descobrir que ele se formou, para começo de conversa. Isso viola uma regra importante da mecânica quântica: a de que a informação não pode ser perdida ou criada. 

Uma outra forma de analisar esse fenômeno é que a radiação de Hawking causa um problema para o determinismo em relação aos buracos negros. O determinismo significa que o estado do universo a qualquer tempo é unicamente determinado pelo seu estado a qualquer outro período. É dessa forma que podemos traçar a sua evolução, tanto astronômica quanto matemática, através da mecânica quântica.

  (Foto: reprodução - nasa)(FOTO: REPRODUÇÃO – NASA)

A perda do determinismo só aconteceria com a reconciliação da mecânica quântica com a teoria da gravidade de Einstein – um problema difícil cuja resolução é o objetivo final de muitos físicos. Estudiosos de buracos negros fazem um teste para qualquer potencial teoria da gravidade quântica: ela precisa explicar o que acontece com a informação que registra a história de um buraco negro.

Demorou duas décadas para que cientistas criassem uma possível solução. Eles sugeriram que a informação gravada em um buraco negro é proporcional à área de sua superfície (em duas dimensões) em vez do volume (três dimensões). Isso poderia ser explicado pela gravidade quântica, onde as três dimensões do espaço podem ser reconstruídas de um mundo com duas dimensões sem gravidade – como um holograma. Pouco tempo depois, a teoria das cordas, a teoria mais estudada da gravidade quântica,foi revelada como holográfica, da mesma forma.

Usando a holografia podemos descrever a evaporação de um buraco negro em um mundo de duas dimensões sem gravidade, no qual as regras da mecânica quântica se aplicam. O processo é determinista, com pequenas imperfeições de radiação sendo gravadas na história do buraco negro. Então a holografia nos diz que a informação não é perdida em buracos negros, mas encontrar as falhas nos argumentos originais de Hawking está sendo extremamente difícil.

Bolas de pelo vs. Firewalls

O que exatamente os buracos negros descrevem através da teoria quântica é algo difícil de ser analisado. Em 2003, Samir Mathur propôs que os buracos negros seriam uma espécie de ‘bola de pelos’, que não teriam um horizonte reto. As flutuações quânticas próximas da região do horizonte gravariam as informaçãoes da história do buraco negro e, assim, a proposta de Mathur resolveria o paradoxo da perda de informação. No entanto, a ideia foi criticada já que implica que alguém caindo dentro dessa bola teria uma experiência bem diferente do que alguém caindo no buraco negro descrito pela teoria da relatividade de Einstein.

A descrição que a teoria da relatividade tem de buracos negros sugere que, uma vez em que você passa pelo horizonte do evento, a superfície do buraco negro, você pode ir cada vez mais fundo. Uma vez que você faça isso, o espaço e tempo se deformam até que atingem um ponto chamado ‘singularidade’. Nesse ponto, as leis da física deixam de existir. (Mas, na verdade, você morreria bem cedo nessa jornada já que você seriadesmembrado por forças intensas).

No universo de Mathur, no entanto, não há nada além do horizonte do evento. Atualmente, uma teoria rival na gravidade quântica afirma que qualquer um que cai em um buraco negro bate em uma ‘firewall’, uma barreira, e é imediatamente destruído. A proposta da parede foi criticada já que, assim como as bolas de pelo, possuem comportamentos drasticamente diferentes no horizonte do que os buracos negros da relatividade.

Mas Mathur argumenta que, para um observador externo, alguém caindo em uma bola de pelos pareceria como alguém caindo em um buraco negro de Einstein, mesmo que aqueles caindo tenham experiências diferentes. Outros trabalhando em teorias da bola de pelos e da barreira podem sentir que esses argumentos estão baseados no exemplo que ele usou – ele descreve um tipo muito especial de bola de pelos, bem diferente das necessárias para descrever buracos negros realistas de acordo com a astrofísica.

O debate sobre o que acontece quando alguém cai em um buraco negro vai continuar por algum tempo. A questão chave não é compreender que a região do horizonte é construída como um holograma – mas como, exatamente, isso acontece.

*Marika Taylor é professora de astrofísica da Universidade de Southampton

O artigo foi publicado primeiramente no The Conversation. Leia o original, em inglês,

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