Há 40 anos, os físicos têm se esforçado para resolver um problema apresentado pelo astrofísico Stephen Hawking: que os buracos negros parecem destruir toda a informação que passa seus horizontes de eventos. Esta destruição cria o “paradoxo da informação do buraco negro” porque contradiz o determinismo, um dos princípios mais fundamentais da ciência. Agora, Hawking e dois colegas acham que eles podem ter encontrado uma maneira de contornar o problema, pelo menos em parte, graças a partículas sem massa que preservam informações, conhecidas como “cabelos macios”, que dizem cercar os buracos negros.
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O paradoxo da informação surgiu na década de 1970 após Hawking ter usado mecânica quântica para descrever eventos na borda de um buraco negro. A relatividade geral prevê que os buracos negros formam objetos sempre enormes, como um grande colapso estelar, criando um campo gravitacional tão forte que o espaço-tempo é dobrado em um circuito fechado. Isso cria um escudo de não retorno, conhecido como um horizonte de eventos, fazendo com que qualquer objeto e qualquer raio de luz é completamente cortado do resto do universo.
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A mecânica quântica determina que pares de partículas virtuais pode viajar dentro e fora de existência dentro do vácuo, e Hawking considerou o que aconteceria com essas partículas virtuais estivessem perto de um horizonte de eventos. Ele argumentou que uma partícula de cada par seria engolida pelo buraco negro, enquanto a outra seria emitida para criar o que hoje chamamos de “radiação Hawking“. A medida que a radiação remove a energia do buraco negro, ele faz com que o buraco negro evapore e eventualmente desapareça – na ausência de quaisquer outras fontes próximas da matéria.
Informação perdida
Hawking percebeu o efeito potencialmente devastador desse processo em informações. Ele concluiu que, como a radiação emitida é gerada na borda de um buraco negro, ela poderia nos dizer muitas informações sobre esses buracos negros – ou seja, os valores de massa, carga e momento angular. Todas as outras informações – em outras palavras, o quanto de cada uma das três quantidades que estava agregada nos objetos individuais sugados para dentro do buraco negro – seria perdida para sempre.
O colega de Hawking, Andrew Strominger da Universidade de Harvard, explica que a mecânica quântica, como a física clássica, nos diz que o universo evolui de forma determinística; o que é determinado não são os valores da posição e momento de partículas individuais, mas sim a função de onda do universo como um todo – incluindo os aparelhos de medição. “As pessoas das acharem muito difícil aceitar que no mundo quântico, que o momento e a posição não são quantidades absolutas”, diz ele.
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Agora, Strominger, Hawking e Malcolm Perry e de Cambridge, têm se colocado diante de uma solução para a informação paradoxo buraco negro – com a devida cautela. Dois anos atrás, Strominger mostrou que a relatividade geral prevê um número infinito de simetrias e, portanto, um número infinito de leis de conservação, na natureza. Isso, explica ele, invalida uma de duas hipóteses subjacentes paradoxo de Hawking; a saber, que o vácuo tem apenas um estado quântico por nível de energia. A existência de um vácuo “degenerado”, diz ele, é matematicamente equivalente a um número infinito de possíveis simetrias, e implica que a informação pode sobreviver – codificada em diferentes estados de vácuo – uma vez que um buraco negro tenha evaporado.
A outra suposição anulada pela nova pesquisa é que os buracos negros não têm “cabelos” – um termo cunhado por John Wheeler para se referir a qualquer informação sobre o buraco negro, além de sua massa total, carga e momento angular. Hawking, Perry e Strominger mostram que algumas das informações contidas dentro de cargas elétricas que atravessam um horizonte de eventos, de fato, permanecem na forma energia zero ou fótons “soft” distribuídos em todo o horizonte, que eles apelidaram de “cabelos macios“. Strominger explica que os buracos negros com “diferentes penteados” emitem radiação Hawking com espectros diferentes, e que, como tal, “há mais informação do que se pensava escapando de buracos negros.”
A descoberta foi recebida com cautela a partir de outros físicos. Dejan Stojkovic da Universidade de Buffalo em os EUA acredita que “vale a pena prosseguir” na ideia, mas salienta que isso só pode ser responsável por uma parte da informação que entra em um buraco negro. Em particular, ele observa que por causa vácuo quântico ser distinguido pelo momento angular, dois buracos negros diferentes que têm a mesma massa e momento angular – são causadas pelo colapso de um único escudo esfericamente simétrico ao invés de duas camadas concêntricas, por exemplo – aparecem indistinguíveis.
Problema do firewall
Sabine Hossenfelder do Instituto de Estudos Avançados Frankfurt, na Alemanha, diz que o novo trabalho também deve ajudar a resolver o que é conhecido como o problema de firewall, que postula um conflito entre em informações da radiação de Hawking e princípio da equivalência de relatividade geral. Mas ela concorda que o modelo proposto é bastante limitado, tal como está, salientando que se trata de interações gravitacionais eletromagnéticas. Ela também diz que os autores não conseguem explicar exatamente como a informação dos cabelos torna-se codificada na radiação Hawking.
Em seu artigo, Strominger, Perry e Hawking reconhecer as limitações de seu trabalho e não afirmam que eles têm totalmente resolvido o paradoxo das informações. “Estamos apenas colocando um pé na frente do outro e ver onde isso nos leva”, diz Strominger. “Mas é interessante que, pela primeira vez em muitas décadas uma falha fundamental parece ter sido descoberta no argumento original.”
O trabalho é descrito na revista Physical Review Letters.
Traduzido e adaptado de Physics World