Gravidade quântica resolve o maior enigma deixado por Stephen Hawking

Autores de um novo estudo afirmam ter resolvido o paradoxo da informação, um dos problemas teóricos da física mais difíceis das últimas décadas. Mas há um porém: a solução se baseia no gráviton, uma partícula da gravidade quântica cuja existência ainda não foi comprovada.

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O paradoxo da informação

Proposto por Stephen Hawking na década de 1970, o paradoxo da informação é uma consequência da evaporação de buracos negros, uma ideia também apresentada por este mesmo físico. Essa questão se mostrou tão desafiadora que o próprio Hawking faleceu 40 anos depois sem chegar a uma conclusão.

Os buracos negros, segundo Hawking, evaporam porque emitem radiação na forma de energia térmica, que ficou conhecida como radiação Hawking. Se a energia liberada implica na perda de massa (conforme a fórmula E=mc²), significa que o buraco negro encolherá até, um dia, desaparecer.

Porém, a radiação Hawking, devido à sua natureza térmica, não pode transportar informação. Se tudo o que resta de um buraco negro após evaporar é essa radiação, então toda a informação sobre o estado anterior do buraco negro se perdeu.

Isso é uma grande violação das leis quânticas, que dizem o seguinte: a informação de uma partícula não pode ser destruída e o estado final de um objeto sempre deve revelar pistas sobre seu estado inicial. Por exemplo, podemos descobrir que um punhado de cinzas era uma folha de papel antes de ser queimada.

Se a radiação Hawking for real — e provavelmente é —, para onde vai a informação das partículas “devoradas” pelo buraco negro ao longo de sua história? Onde estão as informações que dirão que o estado inicial do buraco negro é uma estrela massiva?

Solução para o problema

Uma das possíveis respostas para o paradoxo é que o buraco negro teria alguma maneira de conservar as informacões em algum lugar a salvo. Mas onde? Alguns teóricos propuseram uma radiação em torno dos buracos negros, apelidada de “cabelo quântico”, capaz de armazenar a informação.

Acontece que, para a teoria de Albert Einstein, buracos negros só podem carregar três tipos de informação: massa, rotação e carga. Em outras palavras, não há cabelo, como demonstrou o professor John Archibald Wheeler na década de 1960 com "teorema sem cabelo" (sim, o dilema dos físicos é se buracos negros são carecas ou cabeludos).

O último trabalho de Stephen Hawking, escrito com seus colegas com Hawking, Sasha Haco e Andrew Strominger e publicado após sua morte, defende outra proposta: a de “cabelo macio”. Agora, o novo estudo desenvolve ainda mais essa ideia.

Em 2022, a equipe já argumentava que os buracos negros têm cabelos na forma de uma “impressão” quântica única — isto é, o cabelo de um buraco negro sempre será diferente do cabelo de outro — nos campos gravitacionais que os cercam. No estudo mais recente, os autores usaram o hipotético gráviton, a partícula da gravidade quântica.

Segundo Xavier Calmet, professor de física na Universidade de Sussex e principal autor do estudo, essas “correções gravitacionais quânticas” são “cruciais para a evaporação do buraco negro”. Com o gráviton em jogo, o estudo mostra como a radiação de Hawking é modificada “de tal forma que essa radiação se torna não térmica”.

Com esse resultado, tudo a respeito da radiação Hawking pode ser encarado de outra forma, com partículas que podem, sim, carregar informação. Isso é realmente impressionante e pode resolver o paradoxo de uma vez por todas.

Infelizmente, apesar do otimismo dos autores, ainda há um passo muito importante para comprovar essa conclusão. Os pesquisadores estão há algum tempo tentando observar o gráviton, pois o paradoxo da informação não seria o único problema a ser solucionado — toda a incompatibilidade entre a relatividade geral e a mecânica quântica finalmente será superada.

O artigo do estudo foi publicado na Physical Review Letters.

Fonte: Physical Review Letters