Paradoxo dos buracos negros! Será que a solução para o problema de Hawking foi encontrada?
Paradoxo estudado por Stephen Hawking pode ter solução envolvendo correlação quântica e ondas gravitacionais.
Buracos negros são regiões do espaço-tempo onde a curvatura é tão extrema que nem mesmo a luz consegue escapar. Nós interpretamos essa curvatura como gravidade e todo corpo com massa curva o espaço-tempo. Como nem a luz escapa de um buraco negro, entender o que está no interior dele é um desafio já que é impossível observar o que acontece lá dentro.
Vários mistérios e perguntas surgem em relação aos buracos negros e um dos maiores enigmas é chamado de paradoxo da informação de buracos negros. O paradoxo surgiu com a previsão de Hawking que buracos negros evaporam. Durante essa evaporação, a informação que foi engolida por esses objetos é perdida. No entanto, isso violaria um dos pilares da Mecânica Quântica que a informação não pode ser destruída.
Muitos físicos, inclusive o próprio Stephen Hawking, trabalharam para encontrar uma resposta para esse paradoxo. Recentemente, um novo artigo colocado no arXiv propôs uma solução baseando-se em correlações quânticas. No trabalho, os autores propõe que há uma relação entre a informação, a correlação quântica e o tecido do espaço-tempo com ondas gravitacionais.
Paradoxo da informação de buracos negros
Um buraco negro possui uma superfície chamada de horizonte de eventos que nem mesmo a luz consegue escapar uma vez dentro dela. Como a luz é a coisa mais rapida do Universo, tudo que entra em um buraco negro permanece lá. Inclusive toda a informação quântica que acaba dentro do buraco negro, acaba ficando lá dentro. Quando Stephen Hawking propôs a radiação de Hawking, surgiu um paradoxo.
Como a radiação de Hawking faz com que o buraco negro evapore, a informação que caiu dentro do objeto parece ser destruída. Principalmente porque a radiação não carrega informação da matéria que caiu dentro do buraco negro. Isso violaria uma das principais leis de conservação, já que a informação deve ser conservada, criando um paradoxo chamado de paradoxo da informação de buracos negros.
Radiação de Hawking
A radiação de Hawking foi proposta pelo físico Stephen Hawking em 1974 e é até hoje debatida dentro da Astronomia e da Física. Com a radiação de Hawking foi possível mostrar que os buracos negros tem um tempo de vida limitado e podem chegar ao fim da vida num processo chamado de evaporação. Quanto maior o buraco negro, mais lenta e fraca é a evaporação segundo as equações encontradas por Hawking.
A radiação surge devido à criação de pares de partículas-antipartículas na borda do horizonte de eventos. Uma partícula acaba sendo capturada pelo buraco negro e a outra escapa, resultando na perda de massa e energia do buraco negro. A radiação de Hawking nunca foi detectada diretamente mas sua existência é aceita pela base teórica forte e há confirmação através de simulações.
Correlação quântica e espaço-tempo
Uma das soluções propostas para esse paradoxo é chamada de non-violent nonlocality. A ideia por trás dessa possível solução tem a ver com o entrelaçamento quântico que conecta partículas de forma instantânea. Uma das ideias supõe que o entrelaçamento quântico também está incluindo no próprio espaço-tempo. Ou seja, aspectos do próprio espaço-tempo poderiam estar correlacionadas.
As ondas gravitacionais são exemplos de efeitos que acontecem no tecido do espaço-tempo quando algo muito energético ocorre ou algo muito massivo é acelerado. Nessa solução, efeitos menos energéticos na borda de buracos negros poderiam existir e estarem entrelaçados com a parte interior do buraco negro. Dessa forma, a informação do que caiu não seria perdida e estaria marcada no próprio espaço-tempo.
Solução para o paradoxo
Um grupo de físicos da Caltech propuseram a solução de non-violent nonlocality para o paradoxo de buracos negros. Segundo eles, essas marcas no espaço-tempo poderiam afetar as ondas gravitacionais. Quando dois buracos negros se fundem, é possível receber o sinal de ondas gravitacionais e, dessa forma, poder analisar se há um sinal dessas marcas.
Com os detectores de ondas gravitacionais como LIGO e VIRGO, essas marcas seriam muito fracas para poderem ser observadas. Apesar disso, nos próximos anos, observatórios como o LISA começarão a ser implementados e poderão observar essas marcas mais fracas. Os futuros observatórios poderão ajudar na observação de radiação de Hawking e outros efeitos quânticos na borda do buraco negro.
Referência da notícia
Seymour & Chen 2024 Gravitational-wave signatures of non-violent non-locality arXiv