Por que os buracos negros não engolem todo o espaço? Esta explicação é de explodir nossas mentes

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Créditos: GM Stock Films / iStock.

Por Mike McRae
Publicado na ScienceAlert

Os buracos negros são ótimos para sugar matéria. São tão eficientes nisso, na verdade, que nem mesmo a luz pode escapar de suas garras (daí o nome).

Mas, dado seu talento de comilão, por que os buracos negros não continuam se expandindo e se expandindo e simplesmente engolem o Universo? Em 2018, um dos maiores físicos do mundo apresentou uma explicação deslumbrante.

Convenientemente, a ideia também poderia unir as duas maiores teorias de toda a física.

O pesquisador por trás dessa explicação é ninguém menos que o físico Leonard Susskind, da Universidade de Stanford, também conhecido como um dos pais da teoria de cordas.

Ele deu sua opinião sobre o paradoxo em uma série de estudos, que basicamente sugerem que os buracos negros se expandem aumentando em complexidade internamente – uma característica que simplesmente não vemos conectada aos objetos enquanto observamos de longe.

Em outras palavras, eles se expandem para dentro, não para fora.

Mais estranho ainda, essa hipótese pode ter um paralelo na expansão de nosso próprio Universo, que também parece estar crescendo de forma contraintuitiva.

“Acho que é uma questão muito, muito interessante se o crescimento cosmológico do espaço está conectado ao crescimento de algum tipo de complexidade”, disse Susskind em The Atlantic.

“E, também, se o relógio cósmico, a evolução do Universo, está conectado com a evolução da complexidade. Aí está, não sei a resposta”.

Susskind pode estar especulando sobre a evolução do Universo, mas vale a pena entender seus pensamentos sobre por que os buracos negros crescem mais internamente do que externamente. É claro que, por sua própria natureza, esse tipo de pesquisa é teórica e não é facilmente verificada ou refutada por meio do processo de revisão por pares.

Mas há algumas ideias muito legais aqui que valem a pena entender. Para fazer isso, precisamos voltar ao básico por um momento. Então… senta que lá vem história.

Simplificando, os buracos negros são massas densas que distorcem o espaço a tal ponto que até mesmo a luz (leia-se: informação) carece da velocidade de escape necessária para, bem, escapar.

Os primeiros fundamentos teóricos sólidos para tal objeto emergiram naturalmente da matemática por trás da relatividade geral de Einstein em 1915. Desde então, objetos físicos correspondentes a essas previsões foram identificados, muitas vezes alocados nos centros das galáxias.

Uma analogia comum é imaginar as dimensões do espaço e do tempo como uma folha de borracha lisa. Assim como um objeto pesado faz ondulações na folha de borracha, a massa distorce a geometria do espaço-tempo.

As propriedades da folha de borracha do nosso Universo significam que ele pode formar um funil de gravidade profundo que se estende “para baixo” sem se esticar muito mais “para fora”.

A maioria dos objetos se expande ‘para fora’ conforme você adiciona material, não ‘para dentro’. Então, como começamos a imaginar isso? Folhas de borracha são analogias úteis, mas apenas até certo ponto.

Para entender como a matéria se comporta contra esse pano de fundo superelástico, precisamos olhar para outro lugar. Felizmente, a física tem um segundo livro de regras sobre como funciona o Universo, chamado de mecânica quântica, que descreve como as partículas e suas forças interagem.

Os dois livros de regras da relatividade geral e da mecânica quântica nem sempre concordam, no entanto. Coisas pequenas interpretadas pelos olhos da relatividade geral não fazem muito sentido. E coisas grandes como buracos negros produzem confusão quando as regras da mecânica quântica são aplicadas.

Isso significa que estamos perdendo algo importante – algo que nos permitiria interpretar a característica de dobra do espaço da relatividade geral em termos de massas finitas e partículas mediadoras de força.

Um candidato é algo chamado de correspondência anti-de Sitter/teoria conforme de campos, abreviado na sigla em inglês para Ads/CFT. Este é um tipo de ideia do tipo ‘teoria de cordas misturada com espaço quadridimensional’, com o objetivo de reunir o melhor da mecânica quântica e da relatividade geral.

Com base em sua estrutura, a complexidade quântica de um buraco negro – o número de etapas necessárias para devolvê-lo a um estado pré-buraco negro – é refletida em seu volume.

O mesmo pensamento é o que está por trás de outra ideia revolucionária chamada princípio holográfico. Os detalhes exatos não são para os leigos, mas permanecem disponíveis gratuitamente no arXiv se você quiser manter sua matemática em dia.
Pode soar um pouco como baixar filmes no seu computador e descobrir que agora eles estão “maiores” por dentro. Por mais ridículo que pareça, no ambiente extremo de um buraco negro, mais poder computacional pode de fato significar mais volume interno. Pelo menos é isso que a modelagem Ads/CFT de Susskind sugere.

A própria teoria de cordas é uma daquelas boas ideias implorando por uma vitória empírica, então ainda estamos muito longe de casar a mecânica quântica com a relatividade geral.

A sugestão de Susskind de que a complexidade quântica é, em última análise, responsável pelo volume de um buraco negro, faz os físicos pensarem nas repercussões. Afinal, os buracos negros não são como o espaço comum, então não podemos esperar que regras comuns se apliquem.

Mas se vale a pena ouvir alguém sobre o assunto, é provavelmente esse cara.

Os estudos foram disponibilizados originalmente no servidor de pré-publicação arXiv e, em 2020, foram publicadas em livro.