Buracos negros com cabelos resolvem paradoxo da informação de Hawking

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/03/2022

Há muito se sabe que buracos negros com cabelos podem descabelar Einstein.
[Imagem: Alain Riazuelo/NASA]

Cabelos dos buracos negros

Em dois artigos publicados hoje, duas equipes de físicos acreditam ter resolvido um dos maiores mistérios da astrofísica, um paradoxo que envolve os buracos negros há mais de 50 anos.

O quadro teórico básico é que um buraco negro tem uma gravidade tão grande que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar dele: A teoria geral da relatividade de Einstein diz que qualquer "informação" sobre o que entra em um buraco negro não consegue sair.

Na década de 1960, o físico John Archibald Wheeler expressou o fato de que os buracos negros carecem de quaisquer características observáveis - além de sua massa total, rotação e carga - com a frase "buracos negros não têm cabelo".

O problema é que a mecânica quântica diz que isso é impossível. Em 1976, o professor Stephen Hawking demonstrou de que, à medida que evaporam e emitem radiação térmica, os buracos negros destroem informações sobre o que os formou, violando uma lei fundamental da mecânica quântica que afirma que qualquer processo na física pode ser matematicamente revertido.

Agora, as duas equipes acreditam ter encontrado a matemática que alinhava as duas teorias - sim, é mais uma descoberta matemática lançando luzes sobre os segredos do Universo.

Mas não pense que tudo é motivo para comemoração: Ainda que mostrem que as duas teorias são compatíveis, as conclusóes de Xavier Calmet e seus colegas implicam que, a rigor, tanto a relatividade geral quanto a mecânica quântica podem estar erradas.

Uma teoria mais recente propõe que o interior de um buraco negro pode ser um holograma.
[Imagem: Enrico Rinaldi/Umich/RIKEN/A. Silvestri]

Cabelos quânticos

Calmet descobriu que os buracos negros podem sim ter cabelos: "cabelos quânticos".

Ele e seus colegas da Universidade de Sussex, no Reino Unido, passaram os últimos dez anos desenvolvendo métodos matemáticos, que agora aplicaram para realizar cálculos envolvendo os aspectos quânticos da força da gravidade. Os resultados mostraram explicitamente que a matéria que colapsa em um buraco negro deixa uma marca no campo gravitacional do buraco negro.

Ou seja, a gravidade é o couro cabeludo onde cresce o cabelo quântico do buraco negro.

Especificamente, a equipe comparou os campos gravitacionais de duas estrelas, ambas com a mesma massa total e mesmo raio, mas com composições diferentes. No nível clássico, as duas estrelas têm o mesmo potencial gravitacional, mas, no nível quântico, o potencial depende da composição da estrela.

As novas fórmulas mostraram que, quando as estrelas colapsam em buracos negros, seus campos gravitacionais preservam a memória do material de que as estrelas originais eram feitas, preservando a informação sobre a matéria que agora já se encontra além do horizonte de eventos do buraco negro.

Paradoxo da informação

A equipe publicou ainda um segundo artigo, no qual eles demonstram que os cabelos quânticos resolvem o paradoxo da informação dos buracos negros de Hawking: Ao registrar informações no campo gravitacional, os cabelos quânticos permitem que informações sobre o que entra em um buraco negro saiam novamente sem violar nenhum dos princípios importantes de qualquer uma das duas teorias.

"Tem sido geralmente assumido dentro da comunidade científica que resolver esse paradoxo exigiria uma enorme mudança de paradigma na física, forçando a potencial reformulação da mecânica quântica ou da relatividade geral. O que descobrimos - e acho que é particularmente empolgante - é que isso não é necessário. Nossa solução não requer nenhuma ideia especulativa, em vez disso nossa pesquisa demonstra que as duas teorias podem ser usadas para fazer cálculos consistentes para buracos negros e explicar como a informação é armazenada sem a necessidade de uma nova física radical," disse Calmet.

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