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Buraco negro com "cabelo" pode resolver o problema deixado por Hawking?

Por| Editado por Patricia Gnipper | 17 de Março de 2022 às 17h34

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NASA/CXC/M. Weiss
NASA/CXC/M. Weiss

Buracos negros podem acabar com a incompatibilidade teórica entre a relatividade geral e a mecânica quântica, ao menos se o "teorema do cabelo sim" for comprovado. Trata-se de uma proposta que descreve como a matéria “engolida” por buracos negros mantêm suas informações quânticas.

Quando Stephen Hawking demonstrou que buracos negros podem emitir radiação até evaporar, surgiu um problema que até hoje os físicos tentam resolver: o paradoxo da informação. Ele chegou a essa teoria após calcular as propriedades de um buraco negro considerando a mecânica quântica (as leis que governam o reino das partículas).

Hoje, os cientistas começam a encontrar em experimentos de laboratório algumas evidências da radiação de um buraco negro (conhecida como radiação Hawking). Ao mesmo tempo, o paradoxo da informação se tornou uma das questões mais importantes da física, porque ele sugere que a física quântica e a relatividade geral são incompatíveis.

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O problema é que, para a teoria de Albert Einstein, que descreve o universo em grande escala, buracos negros só podem carregar três tipos de informação: massa, rotação e carga. Não haveria outras características físicas. O professor John Archibald Wheeler, da Universidade de Princeton, desenvolveu na década de 1960 o "teorema sem cabelo", que afirma essa natureza "careca" dos buracos negros.

Mas na mecânica quântica, isso não funciona, porque há informações em partículas que a relatividade geral não pode descrever. Para a termodinâmica quântica, nenhuma matéria do universo pode perder essas informações, mesmo que passem por transformações. Por outro lado, a teoria de Hawking implica que a radiação que sai dos buracos negros não deve carregar informações anteriores.

Em outras palavras, isso significa que as partículas da radiação Hawking não dizem nada sobre a estrela que explodiu em supernova e se transformou no buraco negro. Também não dirão nada sobre a matéria que esse mesmo buraco negro "engoliu" antes de evaporar. Se ele evapora até desaparecer, para onde vai a informação da estrela e dos objetos devorados?

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Teorema do "cabelo sim"

A ideia dos buracos negros com cabelo, isto é, com informações além da rotação, massa e carga, não é nova. Alguns cientistas tentaram encontrar alguns fios de cabelo na calvície dos buracos negros nas últimas décadas, inclusive o próprio Stephen Hawking. Na verdade, esse foi o tema do último artigo de Hawking, concluído e publicado por seus colegas após sua morte.

Enquanto o artigo de Hawking fala sobre um "cabelo macio", que haveria na superfície dos buracos negros como uma espécie de projeção holográfica quântica, a comunidade científica ficava um tanto dividida. Por um lado, a matemática parecia funcionar, mas, por outro, as observações de ondas gravitacionais mostram que buracos negros não têm cabelo algum.

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Agora, Xavier Calmet, autor de um artigo publicado em pré-print em dezembro de 2021, alega que o problema já foi resolvido. Para ele, a aceitação dos buracos negros com cabelo pela comunidade é apenas uma questão de tempo. Vai demorar um pouco para as pessoas aceitarem que você não precisa de uma solução radical para resolver o problema", disse.

Soluções "radicais" foram realmente propostas, algumas incluindo uma nova física para unificar a mecânica quântica e a relatividade geral. Entre elas, está o artigo mais recente sobre um conceito chamado princípio holográfico, que usa a Teoria das Cordas para explicar como a teoria de Einstein funciona na escala sub-atômica.

O "teorema do cabelo sim" (título do artigo de dezembro) afirma resolver o paradoxo da informação com a ideia de que informações sobre o que entra em um buraco negro saem novamente sem violar nenhum dos princípios importantes de qualquer teoria já bem estabelecida. Parece uma solução simples e elegante. Seu autor, o professor Calmet, está confiante que a proposta vai se estabelecer como teoria com o tempo.

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Calmet e seus colegas explicam em um artigo simples e curto que os constituintes da estrela (que se transformou em buraco negro) deixam alguma marca quântica no campo gravitacional do buraco negro. "Uma das consequências do paradoxo de Hawking foi que a relatividade geral e a mecânica quântica eram incompatíveis. O que estamos descobrindo é que elas são muito compatíveis", disse ele.

Contudo, embora a matemática possa funcionar, os astrônomos ainda devem procurar por "cabelos" em observações de ondas gravitacionais emitidas pelos buracos negros universo afora. Por outro lado, não encontrar nenhuma evidência não significa que o teorema cabelo sim esteja errado. A maioria das teorias já confirmadas por observação foram primeiro previstas pelos teóricos.

O estudo de Calmet foi publicado na revista Physical Review Letters.

Fonte: BBC, The Guardian