Houve uma época em que os buracos negros eram buracos que eram negros. Naqueles tempos, os buracos negros comprimiam matéria e energia em uma singularidade infinitamente densa, e não criavam um paradoxo de informações aparentemente insuperável. Sim, aqueles eram os bons e velhos dias.
Mas esses dias acabaram. Agora existem buracos com 50 tons de cinza e as leis da física fazem flexões sob outras leis da física. Estou falando do Paradoxo da Informação dos buracos negros.
Primeiro, vamos falar de informação. Quando os físicos falam de informações, eles estão se referindo ao estado específico de cada partícula do universo: massa, posição, rotação, temperatura, e o nome dela. É a impressão digital que identifica unicamente cada uma, e as probabilidades nas quais elas formam o Universo. Você pode alterar átomos, esmagá-los, mas a função de onda quântica que descreve-os deve ser sempre preservada.
A física quântica permite executar todo o universo para a frente e para trás, enquanto você inverter tudo em sua matemática: carga, paridade e tempo. Aqui está a parte importante. Os grandes cérebros dizem-nos que as informações devem sobreviver, não importa o que aconteça. Pense nisso como a energia. Você não pode destruir energia, tudo que você pode fazer é transformá-la.
Agora, entram os buracos negros. Naturalmente formados quando as maiores estrelas, aquelas com mais de 20 vezes a massa do Sol, colapsam-se violentamente e explodem. Aqui, a densidade da matéria é tão elevada que a velocidade de escape da estrela excede a velocidade da luz. Esses extravagantes objetos têm um disco de acreção super-aquecido que circunda matéria ao redor do horizonte de eventos do buraco negro, onde até mesmo a luz pode ser puxada em órbita.
Aqui, temos um dos mais estranhos efeitos colaterais da Relatividade: a dilatação do tempo. Imagine um relógio caindo para um buraco negro, movendo-se mais fundo no poço gravitacional. Eles ficariam mais lentos a medida que ficassem mais perto do buraco negro, e, eventualmente, congelariam na borda do horizonte de eventos, ou seja, o tempo pára em um buraco negro. Fótons do relógio iriam se estender para fora, e a cor do relógio iria se desviar para o vermelho. Eventualmente, ele desapareceria como os fótons estendidos para comprimentos de onda além do que nossos olhos pudessem detectar, como raios-x, por exemplo.
Se você pudesse olhar para um buraco negro por bilhões de anos, você iria ver tudo sendo engolido por ele, ficando preso para sempre do exterior como insetos no papel mata mosca. Você poderia jogar um relógio, o Titanic, um porta aviões, e teoricamente, você poderia identificar o estado quântico de cada partícula e dos fótons que caíssem no buraco negro. Desde que eles tenham um comprimento infinito de tempo para desaparecer completamente, está tudo bem.
Sua informação é preservada para sempre na superfície do buraco negro. Eles estarão todos totalmente mortos, mas a sua informação, a sua preciosa informação quântica, está totalmente segura.
Se você pudesse desvendar um buraco negro, você poderia começar descrevendo que a informação quântica do buraco negro é destruída, como eram nos bons e velhos tempos.
Mas em 1975, Hawking soltou uma bomba. Ele percebeu que os buracos negros têm uma temperatura e, através de grandes períodos de tempo, eles iriam evaporar até que não houvesse mais nada. Liberando sua massa e energia de volta para o Universo. Esse regurgito do buraco negro ele chamou apropriadamente de Radiação Hawking.
Mas essa nova ideia criou um paradoxo. As informações sobre o que aconteceu dentro do buraco negro são preservadas pela dilatação do tempo, mas com a própria massa do buraco negro evaporando. Mas, eventualmente, ele vai desaparecer completamente, e então, para onde é que nossa informação vai? Essa informação que antes podia ser destruída, agora não poderá ser?
Este paradoxo é estritamente perturbador e intriga os astrônomos. Eles trabalham há décadas para resolvê-lo. Há uma pilha opções aqui:
Os buracos negros não evaporam, e Hawking estava errado.
Buraco negro com disco e jatos. Crédito: ESA
Informações dentro do buraco negro de alguma forma vazam de volta enquanto a radiação Hawking está escapando.
O buraco negro mantém tudo até o fim, e a medida que as duas partículas finais evaporam, toda a informação é subitamente liberada de volta para o universo.
Tudo se transforma em pequenos pedaços e nada é perdido ou a informação é comprimida em um espaço microscópico, que permanece até que o buraco negro em si tenha evaporado.
Representação artistisca que mostra a saída de um buraco negro supermassivo no centro uma galáxia. Crédito: NASA / CXC / M.Weiss
E talvez, os físicos nunca vão descobrir. Hawking propôs recentemente uma nova ideia para resolver o paradoxo de informação dos buracos negros. Ele sugeriu que há uma maneira na qual a nova radiação Hawking poderia ser impressa com a informação da nova matéria que cai dentro do buraco negro.
Assim, as informações de tudo o que cai são preservadas pela radiação de saída, devolvendo-a ao universo e resolvendo o paradoxo. Isto é pura hipótese intuitiva, uma vez que a radiação Hawking si nunca foi detectada. Estamos décadas longe de saber se isso está na direção certa, ou mesmo se há uma maneira de resolver o paradoxo.
Situações como esta nos lembra o quão pouco sabemos sobre o universo. Alguns aspectos da nossa compreensão de todo este processo não estão claros, e isso vai custar muito mais trabalho de detetive e experimentação para nos deixar mais próximos da verdade.
Traduzido e adaptado de Phys