Será que finalmente Stephen Hawking ganhará o seu Nobel?
Cerca de 42 anos atrás, o renomado físico teórico Stephen Hawking propôs que nem tudo o que entra em contato com um buraco negro sucumbe à sua nulidade insondável. Minúsculas partículas de luz (fótons) são por vezes expulsas de volta para fora, roubando o buraco negro de uma quantidade infinitesimal de energia, e esta perda gradual de massa ao longo do tempo significa que cada buraco negro se evapora fora da existência.
Conhecidas como radiação de Hawking, estas partículas que escapam nos ajudam a fazer sentido de um dos maiores enigmas do Universo conhecido, mas depois de mais de quatro décadas, ninguém foi capaz de realmente provar que elas existem, e a proposta de Hawking permaneceu firmemente em território hipotético.
Mas tudo isso pode estar prestes a mudar. Dois grupos independentes de pesquisadores relatam que eles encontraram provas para sustentar as afirmações de Hawking, e, como isso, poderemos ver um dos maiores físicos vivos finalmente ganhar um prêmio Nobel.
Então vamos voltar a 1974, quando tudo isso começou.
Hawking tinha entrado em uma discussão com um estudante de graduação da Universidade de Princeton, Jacob Bekenstein, que sugeriu em sua tese de PhD que a entropia de um buraco negro – a “desordem” de um sistema, relacionados ao seu volume, energia, pressão e temperatura – era proporcional a área do seu horizonte de eventos.
Como Dennis Overbye explica no The New York Times, este era um problema, porque de acordo com o entendimento aceito de leis físicas no momento – incluindo o próprio trabalho de Hawking – a entropia e o volume de um buraco negro nunca poderia diminuir.
Hawking investigou as alegações, e em seguida, percebeu que ele estava errado. “[Dr] Hawking fez um cálculo prodigioso incluindo a teoria quântica, as estranhas regras que regem o mundo subatômico, e ficou chocado ao encontrar partículas próximas de distância do buraco negro, indicando que ele não era tão negro afinal”, escreve Overbye.
Hawking propôs que o Universo está repleto de “partículas virtuais” que, de acordo com o que sabemos sobre como a mecânica quântica funciona, elas piscam dentro e fora de existência e se aniquilam mutuamente, logo que entram em contato – exceto se acontecer de aparecerem em ambos os lados do horizonte de eventos de um buraco negro. Basicamente, uma partícula é engolida pelo buraco negro, e a outra irradia para o espaço.
A existência de radiação de Hawking respondeu a uma série de perguntas sobre como os buracos negros realmente funcioam, mas no processo, isso levantou um monte de problemas que os físicos ainda estão tentando conciliar.
“Nenhum resultado em física teórica tem sido mais fundamental ou influente do que sua descoberta de que os buracos negros têm entropia proporcional à sua área de superfície”, diz Lee Smolin , físico teórico do Instituto Perimeter de Física Teórica no Canadá.
Enquanto Bekenstein recebeu o Prêmio Wolf em 2012 e prêmio Einstein da Sociedade Americana de Física em 2015 por seu trabalho, que o The New York Times diz que muitas vezes são precursores para o Prémio Nobel. Bekenstein faleceu no ano passado, mas Hawking está agora mais perto do que nunca para ver sua hipótese comprovada.
O problema? Lembra quando eu disse que os fótons que escapam estavam roubando uma quantidade infinitesimal de energia a partir de um buraco negro toda vez que eles escaparam? Bem, infelizmente para Hawking, esta radiação é tão delicada que é praticamente impossível detectá-la a milhares de anos-luz de distância.
Mas o físico Jeff Steinhauer da Universidade Technion em Haifa, Israel, pensa que chegou a uma solução – se não podemos detectar a radiação Hawking em reais buracos negros a milhares de anos-luz de distância de nossos melhores instrumentos, por que não trazer os buracos negros para nossos melhores instrumentos?
Como relata Oliver Moody para The Times, Steinhauer conseguiu criar um “buraco negro” sonoro, e quando ele chutou a engrenagem, ele testemunhou partículas roubarem a energia de suas franjas.
Relatando sua experiência em um artigo publicada no site arXiv.org, Steinhauer diz que arrefeceu o hélio para um pouco acima do zero absoluto, em seguida, agitou-o tão rápido, que formaram uma ‘barreira’, através do qual o som não deveria ser capaz passar.
“Steinhauer disse ter encontrado sinais de que fônons, os pacotes muito pequenos de energia que compõem as ondas sonoras, foram vazando para fora do buraco negro sônico tal como equações de Hawking preveem que deveria”, relata Moody.
Para ser claro, os resultados dessa experiência ainda não foram revistos por pares – que é o ponto de colocar tudo para o público ver em arXiv.org. Eles estão agora sendo visto por físicos de todo o mundo, e eles já estão provando a controversa, digna de uma investigação mais aprofundada.
“Os experimentos são bonitos,” disse o físico Silke Weinfurtner da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, que está concorrendo seus próprios experimentos em Terra para tentar detectar a radiação Hawking . “Jeff tem feito um trabalho incrível, mas algumas das afirmações que ele faz são abertas ao debate. Isto vale a pena discutir.”
Enquanto isso, um artigo publicado na Physical Review Letters, no mês passado descobriu outra maneira de fortalecer o caso para a radiação Hawking. Os físicos Chris Adami e Kamil Bradler da Universidade de Ottawa descreveram uma nova técnica que lhes permite seguir a vida de um buraco negro ao longo do tempo.
Isso é uma coisa emocionante, porque isso significa que qualquer informação ou material que passa ao longo do horizonte de eventos não “desaparece”, mas está lentamente vazando para trás durante os últimos estágios da evaporação do buraco negro.
“Para fazer este cálculo, tivemos de adivinhar como um buraco negro interage com o campo de radiação Hawking que o rodeia”, disse Adami num comunicado de imprensa . “Isso ocorre porque há atualmente nenhuma teoria da gravidade quântica que poderia sugerir tal interação. No entanto, parece que fizemos um palpite bem-educado, porque o nosso modelo é equivalente a teoria de Hawking no limite de buracos negros imutáveis fixos.”
Ambos os resultados serão agora precisam ser confirmados, mas eles sugerem que estamos avançando mais perto de descobrir uma solução de como podemos confirmar ou refutar a existência de radiação de Hawking, e isso é uma boa notícia para o seu homônimo.
Como aponta Moody, Peter Higgs, que previu a existência do bóson de Higgs, teve que esperar 49 anos para o seu prêmio Nobel, nós vamos ter que esperar e ver se Hawking acaba com o seu Jejum científico.
[Science Alert]