Ideias estranhas de Hawking que foram comprovadas — e outras que não foram

Ideias estranhas de Hawking que foram comprovadas — e outras que não foram

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 03 de Agosto de 2021 às 12h00
NASA/Paul E. Alers

Stephen Hawking se tornou uma celebridade por bons motivos; entre eles, sua famosa tese de doutorado — que, aliás, está disponível online para acesso gratuito —, na qual ele resolve alguns temas que ainda eram motivos de debates acalorados. Mas sua carreira também incluiu outras ideias um tanto “esquisitas”, e algumas delas acabaram comprovadas através de observações.

Entre as teorias estranhas de Hawking que puderam ser confirmadas, está a ideia de que buracos negros emitem radiação. Por outro lado, nem todas as hipóteses dele puderam ser comprovadas, e uma delas é um artigo que tenta resolver um problema que a própria radiação dos buracos negros trouxe à astrofísica. Eis uma lista dos principais acertos de Hawking e os trabalhos que ainda não foram comprovados.

Consolidação do Big Bang

A radiação cósmica de fundo, à esquerda nesta imagem, é uma evidência para o Big Bang (Imagem: Reprodução/Chris Blacke/Sam Moorfield)

Na época de seu doutorado, publicado pela primeira vez em 1966, muitos ainda não aceitavam a ideia de que o universo teve um começo. Apesar de vários estudos independentes sustentarem o Big Bang — como a descoberta da radiação cósmica de fundo —, o assunto ainda era muito debatido. Mas a tese de Hawking foi um grande golpe nos demais modelos cosmológicos.

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No último capítulo de seu trabalho, Hawking usa a Relatividade Geral de Albert Einstein para mostrar que o espaço e o tempo eram indissociáveis e estão em expansão. O próprio Einstein havia demonstrado que o universo estacionário (que não teve início e não terá fim) é insustentável, embora tenha cedido à pressão da opinião de seus colegas e adicionado uma fórmula que tornaria possível um cosmos eterno.

Hawking, ao contrário, demonstra pela matemática que, se o universo está em expansão, significa que ele foi muito mais compacto antes. Portanto, ele deve ter começado de um lugar: uma singularidade, isto é, um ponto de tamanho zero e densidade que tende ao infinito. Sua conclusão foi que qualquer suposição de que o espaço-tempo não veio de uma singularidade “deve ser falsa”. Hoje, as observações da radiação cósmica de fundo sustentam a descrição de Hawking para o Big Bang, que é agora quase universalmente aceita.

Buracos negros existem

A primeira imagem real de um buraco negro, evidência definitiva de que eles existem (Imagem: Reprodução/EHT Collaboration)

Por muito tempo, mesmo após a matemática mostrar que a Relatividade Geral prevê a existência de buracos negros, eles foram apenas especulativo — além de povoarem o imaginário popular. Felizmente, Hawking dedicou muito tempo de sua vida ao estudo dos buracos negros, e na década de 1970 ele conseguiu combinar as equações de Einstein com a mecânica quântica.

Esta foi, de fato, uma “jogada de mestre”, já que a Relatividade Geral e mecânica quântica são famosas por serem incompatíveis entre si. Hawking usou, para isso, uma técnica matemática complexa chamada integral de caminho euclidiano. Seus resultados trouxeram uma série de implicações que não apenas tornaram os buracos negros mais “reais”, como trouxeram novos problemas.

Radiação Hawking

O gráfico da esquerda é um modelo astrofísico de um buraco negro e como as partículas da Radiação Hawking se comportariam; à direita, um diagrama do experimento envolvendo um análogo a buracos negros e o comportamento de ondas ante velocidades supersônica e subsônica (Imagem: Reprodução/Nature/Nova)

Entre essas implicações que sua física dos buracos negros trouxeram, está a famosa Radiação Hawking, uma estranha emissão de partículas que fariam buracos negros evaporarem. Essa conclusão veio da tentativa de provar que esses objetos não poderiam guardar informações da matéria que eles engolem, coisa que contraria a mecânica quântica.

Hawking apostou com John Preskill que buracos negros não guardam informação, ou seja, as partículas que compõem a matéria que cai dentro deles se perdem para sempre. Mas essa ideia viola uma coisa muito importante para a física teórica: a entropia. No fim, Hawking mudou de ideia e postulou que as informações poderiam sair dos buracos negros através de uma radiação.

Quando ele percebeu que, segundo a mecânica quântica, "fótons virtuais" podem ser criados espontaneamente do nada, ele postulou que isso poderia acontecer nas proximidades dos buracos negros. Caso uma dessas partículas gêmeas seja capturada pelo horizonte de eventos — do qual nem a luz pode escapar —, o buraco negro teria que emitir uma radiação, o que, segundo a Relatividade Geral, resulta na perda de massa.

A radiação Hawking foi recentemente confirmada em um experimento de laboratório no Instituto de Tecnologia Technion-Israel, no qual os pesquisadores criaram um “buraco negro” acústico, de onde as ondas sonoras não podem escapar. Eles observaram algo equivalente à radiação Hawking, de acordo com as previsões do físico. Novamente, essas reviravoltas trouxeram algumas implicações e outros problemas para se resolver.

Teorema da área do buraco negro

Simulação da colisão entre dois buracos negros e das ondas gravitacionais resultantes (Imagem: Reprodução:Raúl Rubio/The Virgo Collaboration)

Assim como a velocidade constante e relativa da luz, a entropia é um conceito inviolável. Ela diz que a complexidade e “desordem” de um sistema só pode aumentar, nunca diminuir. É por isso que a matéria do universo não pode voltar ao estado de plasma quark-glúon, por exemplo. Mas como isso se aplica aos buracos negros?

Hawking trabalhou com seu colega Jacob Bekenstein para determinar que a entropia de um buraco negro pode ser medida pela sua área, e a descoberta de ondas gravitacionais emitidas pela fusão de dois buracos negros mostra que eles estavam certos. A área do buraco negro final é maior que a soma das áreas dos dois buracos negros iniciais.

O paradoxo da informação outras propostas não confirmadas

(Foto: Reprodução/Intel)

Uma das implicações que as teorias de Hawking trouxeram é um problema que até hoje não foi definitivamente resolvido, conhecido como paradoxo da informação. É que a radiação Hawking, ao contrário do que o físico gostaria, não resolve o problema da entropia, porque essa emissão não traz informações sobre a matéria que formou o buraco negro. Se a entropia não pode diminuir, onde está a informação?

Pior ainda, se os buracos negros evaporam por causa da Radiação Hawking, qual é o estágio final deles? Segundo os cálculos do físico, a radiação é perfeitamente térmica, sem reter nenhuma informação sobre o estado anterior da matéria. Poderíamos supor que a informação fica simplesmente confinada na singularidade, para sempre. Mas os buracos negros evaporam enquanto emitem unicamente a tal radiação, até não sobrar mais nada deles. Para onde foi a informação?

Esse problema tirou o sono dos físicos teóricos — e tira até hoje, mesmo que Hawking tenha proposto uma solução antes de sua morte. Na verdade, seus colegas desempenharam grande papel nesse estudo, completando a solução após o falecimento do físico, como revela o documentário Black Holes: The Edge of All We Know. O problema é que não podemos dizer que essa solução é certeira.

A proposta de solução para o paradoxo da informação veio com o artigo assinado por Malcolm Perry e Andrew Strominger (além do próprio Hawking), chamado "Soft Hair on Black Holes". Eles chegaram a uma expressão matemática que significa que os buracos negros são cercados por partículas "macias", ou seja, de energia zero. Ali, ficaria armazenada a informação perdida de partículas, emitida em "placas holográficas". Embora o trabalho tenha causado impacto, nunca foi amplamente aceito, e observações até contrariam essa hipótese.

O jato emitido em velocidade próxima à da luz pelo buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87 (Imagem: Hubble Space Telescope/STScI/Daniele Cavalcante)

Também não foi muito bem recebida a sugestão de Hawking de que buracos negros primordiais poderiam constituir a misteriosa matéria escura, que compõe 27% do universo. Na verdade, evidências observacionais recentes indicam que isso é improvável. Outras ideias de Hawking, como a tentativa de descrever um universo onde é impossível voltar ao passado, ou sua proposta de um multiverso finito — e não infinito —, não devem encontrar uma evidência tão cedo.

Outra afirmação que, embora muito aceita, não deve encontrar uma evidência observacional é a de que não há um criador do universo. Esse raciocínio se baseia no fato de que o tempo não existia antes do Big Bang, já que o espaço e o tempo são indissociáveis e o Big Bang foi o início do espaço. Se não havia tempo antes, não havia como existir um criador para “fazer” o Big Bang.

A vida e o trabalho de Hawking sempre estiveram em grande evidência no meio científico, por isso todas as suas afirmações se tornavam motivo de debate, mesmo que algumas delas nunca fossem realmente levadas a sério — talvez nem mesmo pelo próprio Hawking. Por exemplo, ele afirmou certa vez que o Bóson de Higgs, descoberto no Grande Colisor de Hádrons, poderia desencadear uma bolha de vácuo. Ah, ele também previu que a humanidade seria extinta em 600 anos, caso não encontremos um jeito de habitar outros planetas. Será?

Fonte: Space.com

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