Hawking está procurando uma "saída de emergência" em um buraco negro

Hawking está procurando uma

Os buracos negros sempre permaneceram simples em nossa imaginação.

Houve um tempo em que, usando as regras da teoria da relatividade geral, poderíamos imaginar uma densa singularidade infinita. Foi cercado por uma zona gravitacional, da qual era impossível escapar, e foi chamado de "horizonte de eventos". Esses componentes, juntamente com vários detalhes adicionais, constituíram a descrição básica da anatomia de um buraco negro.

O livro-texto é escrito sobre isso com muita clareza: nada, nem mesmo um raio de luz pode romper o vício gravitacional do horizonte de eventos do objeto. É apenas um bilhete de ida. Se um astronauta estiver muito perto do horizonte de eventos, ele será arrastado para dentro. E ele terá que cair para a morte, esperando terríveis consequências da espaguetificação.

Embora esta seja uma forma simplificada, serviu como uma explicação bastante decente do que acontece no buraco negro. Mas na década de 1970, o guru britânico da física teórica, Stephen Hawking, apresentou sua principal teoria de evaporação de buracos negros. E nos tempos modernos, Hawking acredita que os livros didáticos estavam errados, levando-nos à ideia de que os negros parecem ruas de mão única.

Problema de radiação Hawking

A complexidade do fato de que os buracos negros podem se evaporar é uma consequência da estranheza do mundo quântico inexplorado. Os teóricos quânticos sugerem que no espaço de vácuo um par de “partículas virtuais” saltam constantemente do espaço e retornam a ele. Então, acontece que o “verdadeiro vácuo” nunca está vazio. Na verdade, ele é preenchido com pares de partículas quânticas que nascem no mundo e depois se aniquilam em um pequeno intervalo de tempo. Normalmente, esse processo ocorre sem problemas e um engate - as partículas surgem de um vácuo, depois aniquilam-se com o parceiro e o Universo faz o seu próprio negócio pessoal. Mas, se você adicionar um buraco negro à mistura, então tudo ao seu redor adquire as características da loucura.

Como mencionamos acima, o horizonte de eventos em um buraco negro se torna um ponto do qual não há retorno. Então, o que acontecerá quando um par de partículas virtuais se elevar na existência geral no horizonte e apenas uma cair dentro dela? Bem, a segunda “partícula virtual”, que perdeu seu parceiro de aniquilação, é literalmente expulsa do buraco negro e se torna a categoria de “realidade”. No processo de se tornar uma "realidade", essa partícula retira uma parte da massa do buraco negro (a mecânica quântica nunca alegou ter um significado lógico). Devido a este processo, constantemente furioso no horizonte de eventos, o buraco negro começa a perder massa física. É assim que a evaporação da radiação Hawking é.

Até este ponto, eu apenas esquentei seu apetite pelas esquisitices da teoria quântica de campos, e então será apenas mais estranho. Mas primeiro precisamos tocar em alguma informação adicional.

A teoria geral da relatividade e a teoria quântica de campos jogam entre si pelas regras. Ambas as áreas da física lidam com descrições fundamentais do espaço, tempo e matéria nos níveis micro (quântico) e macro (cosmológico). Eles estão localizados em lados opostos da balança. E após a recente descoberta do bóson de Higgs, o "livro de receitas" quântico chamado Modelo Padrão, mais uma vez ajudou a provar que esta é uma descrição precisa de como funciona o nosso Universo.

O Modelo Padrão parece ter um problema fundamental com a gravidade. Até agora, os físicos não conseguiram encontrar uma partícula que media a força gravitacional (o nome hipotético é “graviton”). E apesar de todos os seus esforços, parece que ainda não há maneira de resolver este enigma. E nos últimos anos, os buracos negros se tornaram outro campo de batalha entre a teoria geral da relatividade e a teoria quântica de campos.

Antítese de "Sem drama"

Quando a matéria (e, portanto, a "informação") entra no espaço de um buraco negro, ela é removida dos limites conhecidos do Universo e é efetivamente destruída. Isso é um problema. A teoria geral da relatividade pouco se importa com as informações que a matéria possui. Mas a teoria quântica, por outro lado, está muito interessada nessa informação e acredita que ela não pode ser “esclarecida”.

Em 2004, um famoso evento ocorreu quando Hawking admitiu a derrota em uma disputa com o físico teórico John Presquil. Ele confirmou que a informação “perdida” em um buraco negro é codificada na radiação de Hawking (ele inicialmente afirmou que os buracos negros destroem a informação, e a informação na radiação é um novo código que não se relaciona a um objeto que entra no buraco).

Mas essa solução rápida criou outro problema. Em 2012, um grupo de físicos liderados por Joseph Polchinski, da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, percebeu que armazenar informações na radiação de Hawking exigiria um "firewall" de energia quântica forte que espremeria tudo além do horizonte dos acontecimentos.

Lembrando o nosso astronauta infeliz apanhado no horizonte de eventos do buraco negro, enquanto a teoria da relatividade geral, ele não experimentou nada enquanto à deriva sobre a área (claro, se não é Matthew McConaughey, que teria visto as luzes brilhantes). Naturalmente, no final, o astronauta vai quebrar em pequenos pedaços, mas será queimado. Tal experimento mental é conhecido como o postulado sem drama.

Mas tudo muda o impasse do firewall. Ele simplesmente viola as leis do drama e cria o exato oposto. Isto é, viola completamente a teoria geral da relatividade e a teoria que controla o buraco negro com o qual começamos.

Então agora os físicos têm que lutar com as equações e tentar resolver o “paradoxo da informação”. É isso que as maiores mentes têm feito nas últimas décadas. O próprio Stephen Hawking nem sai desse debate. Por exemplo, no ano passado, ele discutiu a possibilidade de substituir sua teoria por uma construção teórica conhecida como "horizonte aparente" em vez de certos limites. Talvez este conceito precise ser melhorado e, de fato, este horizonte muda sua formação em resposta a flutuações quânticas dentro de um buraco negro. Isso cria uma desordem caótica na informação além do horizonte aparente, que não viola as leis da dinâmica quântica, nem a teoria geral da relatividade.

"Assim, como a previsão do tempo na Terra, a informação será efetivamente perdida se não houver perda de unitariedade", escreveu Hawking em um artigo. Isso significa que, embora a informação possa ser liberada do buraco negro, sua aleatoriedade não pode ser interpretada sem resolver o problema com o firewall.

Escusado será dizer que este não é o fim do debate entre os pares de Hawking.

E agora Hawking, aparecendo nas notícias no Royal Institute of Technology, em Estocolmo, em 24 de agosto, deu sua excelente explicação através de uma palestra pública. Ele me disse que estava pensando sobre as informações de processamento de fio em buracos negros.

"Acredito que a informação não é armazenada no meio de um buraco negro, como se poderia pensar, mas em sua fronteira, no horizonte de eventos", disse ele na palestra.

O cientista explicou em detalhes que a informação é armazenada em objetos que caem em um buraco negro, e é convertida em hologramas bidimensionais, após o que eles são capturados na radiação de Hawking e removidos do buraco negro. Mas não há romance, porque não se parece com um disco rígido de computador super avançado. Em vez disso, é uma verdadeira bagunça caótica.

"Eu acho que os buracos negros não são da mesma cor que eles são descritos", explicou ele. - “Eles não constituem uma prisão eterna, como se pensava anteriormente. As coisas podem ir do buraco para o externo ou para outros universos ”. Estamos aguardando os documentos que Hawking e sua equipe pretendem publicar dentro de algumas semanas, a fim de entender o que ele quis dizer com a palavra "outros" universos. Mas existem suposições que deixam claro que buracos podem servir como uma porta para mundos paralelos ou até universos completos.

Telescópio Horizon do Evento

No momento, Hawking pode ter formulado uma “saída de emergência” para obter informações de um sujeito que caiu em um buraco negro. Mas não seremos capazes de conhecer com precisão o processo até que estudemos completamente a natureza desses objetos.

Os astrônomos do Telescópio Event Horizon estão perto de ver o núcleo profundo de nossa galáxia. Eles podem ver o projetado disco de luz que circunda o buraco negro supermassivo da Via Láctea, Sagitário A, localizado a uma distância de 20 mil anos-luz.

“Por tantos anos, Hawking tem tentado encontrar soluções para o paradoxo da informação: sintonizá-lo para combinar a teoria quântica de campos com a relatividade geral ou mudar a maneira de ver um buraco negro”, escreve Dimitrios Psaltis, professor de astronomia e física da Universidade do Arizona. . “Se tudo der certo com a segunda opção, o Telescópio Event Horizon poderá ver uma visão única.”

O trabalho de Hawking pode apresentar novas ideias de ponta e fornecer uma oportunidade para considerar alguns aspectos do paradoxo da informação.

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