A noção de um “horizonte de eventos”, a partir do qual nada pode escapar, é incompatível com a teoria quântica, segundo as reivindicações do físico.
A maioria dos físicos entrariam em risco caso escrevessem um artigo afirmando que “não existem buracos negros” – pelo menos não no sentido que costumamos imaginar – provavelmente seria descartado como manivelas. Mas quando a chamada para redefinir esses devoradores cósmicos vem de Stephen Hawking, vale a pena dar atenção. Em um artigo publicado online, o físico, com base na Universidade de Cambridge, Reino Unido, e um dos criadores da moderna teoria do buraco negro, acaba com a noção de um “horizonte de eventos”, a fronteira invisível pensada para encobrir cada buraco negro, além da qual nada, nem mesmo a luz, poderia escapar.
Em seu lugar, a proposta radical de Hawking é um “horizonte aparente” muito mais benigno, que detém apenas temporariamente a matéria e a energia (prisioneira) antes de eventualmente liberá-las, ainda que de uma forma mais “truncada”.
“Não há como escapar de um buraco negro na teoria clássica”, disse Hawking a Nature. A teoria quântica, no entanto, “permite que a energia e a informação possa escapar de um buraco negro”. Em uma explicação completa do processo, o físico admite que exigiria uma teoria que se mescle com sucesso a gravidade com as outras forças fundamentais da natureza. Mas isso é um objetivo que iludiu os físicos por quase um século. “O tratamento correto”, Hawking diz, “permanece um mistério”.
Hawking publicou seu artigo na plataforma arXiv em 22 de janeiro. [1] Ele intitulou caprichosamente de “Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes”, em português, “Preservação de Informação e Previsão do Tempo Para os Buracos Negros”, e ainda tem que passar pela revisão por pares. O paper foi baseado em uma palestra que ele deu via Skype em uma reunião no Instituto Kavli de Física Teórica, em Santa Barbara, Califórnia, em agosto de 2013 (assista ao vídeo da palestra). [2]
Combate ao fogo
O novo trabalho de Hawking é apenas um ensaio para solucionar o que é conhecido por firewall, pelo paradoxo do buraco negro, que vem oprimindo cientistas por quase dois anos, depois de ser descoberta pelo físico teórico Joseph Polchinsk, do Instituto de Kavli, e seus colegas (em “Astrofísica: Buraco de Fogo”).
Em um experimento de pensamento, os pesquisadores se perguntaram o que poderia acontecer com um astronauta se ele caísse em um buraco negro. Os “horizontes de eventos” são matematicamente simples consequências da Teoria da Relatividade Geral de Einstein, que foram primeiramente apontados pelo astrônomo alemão Karl Schwarzschild em uma carta escrita para Einstein em meados de 1915, depois de menos de um mês da publicação da teoria. Na carta, o físico tinha assumido, que o astronauta passaria sem dificuldades através do “horizonte de eventos”, sem se preocupar com seu impedimento, antes de ser gradualmente arrastado para dentro – sendo alongado durante o caminho, como um espaguete – e eventualmente sendo esmagado pela “singularidade”, o hipotético núcleo denso do buraco negro.
Mas analisando a situação cautelosamente, quando o time de Polchinski apareceu para começar a realização das leis da mecânica quântica, que estuda partículas em minúsculas escalas, a situação mudou completamente. A teoria quântica, eles disseram, determina que o “horizonte de eventos” tem, na verdade, de ser transformado em uma região altamente energética, ou firewall, que iria queimar o astronauta.
Isto é alarmante porque, embora a firewall obedeça regras da mecânica quântica, ela despreza a Teoria da Relatividade Geral de Einstein. De acordo com essa teoria, alguém em queda livre deveria perceber as leis da física, como são identificadas em todo lugar do Universo – se eles estivessem caindo em um buraco negro ou vagando no espaço vazio intergaláctico. Como Einsten se refere, o “horizonte de eventos” deve ser um lugar extraordinário.
Além do horizonte
Agora Hawking propõe uma terceira opção, tentadoramente simples. A mecânica quântica e a relatividade geral permanecem intactas, mas sim que os buracos negros simplesmente não têm um “horizonte de eventos” para que se pegue fogo. A chave para sua alegação é que efeitos quânticos ao redor do buraco negro fazem que o espaço-tempo flutue muito descontroladamente para que uma fronteira nítida exista.
No lugar de um “horizonte de eventos”, Hawking invoca um “horizonte aparente”, uma superfície ao longo da qual a tentativa dos raios de luz de fugir do centro do buraco negro será suspensa. Na relatividade geral, para um buraco negro imutável, esses dois horizontes são idênticos, pois a luz que tenta fugir de dentro do buraco negro pode chegar apenas até o horizonte de eventos e fica presa lá, como se estivesse presa em uma esteira. Entretanto, os dois horizontes podem, em principio, ser distinguidos. Se mais matéria for engolida pelo buraco negro, seu horizonte de eventos irá inchar e crescer mais que o horizonte aparente.
Reciprocamente, na década de 1970, Hawking também mostrou que buracos negros podem lentamente encolher, expelindo “Radiação Hawking”. Nesse caso, o horizonte de eventos poderia, em teoria, tornar-se menor do que o “horizonte aparente”. A nova sugestão de Hawking é que o “horizonte aparente” é a real fronteira. “A ausência de ‘horizontes de eventos’ significam que não existem buracos negros – no sentido de que a luz não pode escapar para o infinito”, escreve Hawking.
“O quadro que Hawking nos dá parece razoável.” diz Don Page, um físico e especialista em buracos negros pela Universidade de Alberta, em Edmonton, no Canadá, que colaborou com Hawking na década de 1970. “Você poderia dizer que é radical propor que não existe ‘horizonte de eventos’. Mas essas são condições altamente quânticas, e existe uma ambiguidade sobre até o que o espaço-tempo é, quanto mais se há uma região que pode ser marcada como um horizonte de eventos”.
Apesar de Page aceitar a proposta de Hawking de que um buraco negro possa existir sem um “horizonte de eventos”, ele questiona se isso sozinho para sobrepor o paradoxo da “Muralha de fogo”, ou “Firewall paradox” em inglês. Até a presença de um horizonte aparente efêmero, ele avisa, poderia muito bem causar os mesmos problemas que um “horizonte de eventos” causa.
Ao contrário do “horizonte de eventos”, o “horizonte aparente” pode eventualmente se dissolver. Page observa que Hawking está abrindo uma porta para um cenário tão extremo “que qualquer coisa, em princípio, pode escapar de um buraco negro”. Apesar de Hawking não especificar no seu trabalho como exatamente um “horizonte aparente” desapareceria, Page especula que quando o buraco negro encolhe até certo tamanho, no qual tanto os efeitos da mecânica quântica quando da gravidade se combinam, é plausível que ele possa desaparecer. Nesse ponto, qualquer coisa que estivesse presa dentro do buraco negro seria solta (embora não em um bom estado).
Se Hawking estiver correto, pode até ser que não exista singularidade no centro do buraco negro. Ao invés disso, a matéria ficaria presa apenas temporariamente atrás do “horizonte aparente”, que iria gradualmente se mover para dentro devido a atração do buraco negro, mas nunca chegando ao seu centro. A matéria absorvida não seria destruída, mas ficaria tão danificada ao ponto de que, quando liberada através da radiação de Hawking, estaria em uma forma muito diferente, tornando quase impossível descobrir o que o objeto engolido era.
“Seria pior que tentar reconstruir um livro que você queimou de suas cinzas,” diz Page. Em seu trabalho, Hawking compara isso a prever o clima futuro: em teoria é possível, mas em prática é muito difícil de fazer precisamente.
Polchinski, entretanto, é cético quanto à possibilidade da existência de buracos negros sem um “horizonte de eventos” na natureza. O tipo de flutuações violentas necessárias para apagá-lo são muito raras no Universo, ele diz. “Na gravidade de Einstein, o horizonte do buraco negro não é tão diferente de qualquer outra parte do espaço,” diz Polchinski. “Nós nunca vemos o espaço-tempo flutuar em nossa própria vizinhança: ela é muito rara em grandes escalas.”
Raphael Boussuo, um físico teórico da Universidade da Califórnia, em Berkeley, e um antigo aluno de Hawking, diz que essa última contribuição destaca quão “abominável” físicos acham a potencial existência desses “firewalls”. Entretanto, ele também é cauteloso quanto à solução proposta por Hawking. [3]
Referências:
[1] – Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes (janeiro, 2014).
[2] – Via Remote Videoconference from Cambridge, UK (agosto, 2013).
[3] – Nature: Stephen Hawking: “There are no Black Holes” (janeiro, 2014).
Tradução do artigo publicado na Nature por Carlos Abelardo, Douglas Rodrigues e Josikwylkson Costa Brito.
