O que acontece com a informação depois que ela passa além do horizonte de eventos de um buraco negro? A geometria dos buracos de minhoca pode nos ajudar a resolver esse problema irritante – mas a matemática tem sido complicada, para dizer o mínimo.
Em um novo artigo, uma equipe internacional de físicos encontrou uma solução alternativa para entender melhor como um buraco negro em colapso pode evitar quebrar as leis fundamentais da física quântica (mais sobre isso daqui a pouco).
Embora altamente teórico, o trabalho sugere que provavelmente estamos perdendo coisas na busca para resolver a relatividade geral com a mecânica quântica.
“Descobrimos uma nova geometria do espaço-tempo com uma estrutura semelhante a um buraco de minhoca que havia sido negligenciada em cálculos convencionais”, diz o físico Kanato Goto da Universidade de Cornell e RIKEN no Japão.
“A entropia calculada usando esta nova geometria dá um resultado completamente diferente.”
O paradoxo da informação do buraco negro é uma das tensões não resolvidas entre a teoria da relatividade geral de Einstein e a mecânica quântica.
Sob a relatividade geral, o horizonte de eventos de um buraco negro é um ponto sem retorno. Tudo o que passa além desse ponto crítico é inexoravelmente sorvido no poço gravitacional do buraco negro, e nenhuma velocidade no Universo, nem mesmo a da luz no vácuo, é suficiente para a velocidade de escape.
Então veio Stephen Hawking na década de 1970, sugerindo que, quando a mecânica quântica é levada em consideração, os buracos negros podem emitir radiação, afinal.
Isso, de acordo com a teoria, ocorre como resultado da interferência do buraco negro com as propriedades ondulatórias das partículas circundantes, efetivamente fazendo com que ele ‘brilhe’ com uma temperatura que fica mais quente à medida que o buraco negro fica menor.
Eventualmente, esse brilho deve fazer um buraco negro encolher a nada.
“Isso é chamado de evaporação do buraco negro porque o buraco negro encolhe, assim como uma gota de água evaporando”, explica Goto.
Uma vez que esse ‘brilho’ não se parece com o que entrou no buraco negro. Na verdade, parece que tudo o que entra no buraco negro evaporado desapareceu para sempre. Mas, de acordo com a mecânica quântica, a informação não pode simplesmente desaparecer do Universo. Muitos físicos exploraram a possibilidade de que, de alguma forma, essa informação esteja codificada na radiação Hawking.
Goto e sua equipe queriam explorar matematicamente essa ideia calculando a entropia da radiação Hawking em torno de um buraco negro. Essa é a medida da desordem em um sistema e pode ser usada para diagnosticar a perda de informação na radiação Hawking.
De acordo com um artigo de 1993 do físico Don Page, se a desordem for revertida e a entropia cair para zero quando um buraco negro desaparecer, o paradoxo da informação ausente deve ser evitado. Infelizmente, não há nada na mecânica quântica que permita que essa reversão aconteça.
Entre no buraco de minhoca, ou pelo menos uma réplica matemática de um sob modelos muito específicos do Universo. Esta é uma conexão entre duas regiões de uma folha curva de espaço-tempo, um pouco como uma ponte sobre uma ravina.
Pensar dessa maneira em conjunto com os buracos negros nos dá um meio diferente de calcular a entropia da radiação Hawking, diz Goto.
“Um buraco de minhoca conecta o interior do buraco negro e a radiação externa, como uma ponte” , explica ele.
Quando a equipe realizou seus cálculos usando o modelo de buraco de minhoca, seus resultados corresponderam à curva de entropia de Page. Isso sugere que as informações acumuladas além do horizonte de eventos de um buraco negro podem não ser perdidas para sempre.
Mas há, é claro, ainda algumas questões que permanecem. Até que estas sejam respondidas, não podemos considerar o paradoxo da informação do buraco negro definitivamente resolvido.
“Ainda não sabemos o mecanismo básico de como a informação é transportada pela radiação”, diz Goto. “Precisamos de uma teoria da gravidade quântica.”
A pesquisa foi publicada no Journal of High Energy Physics.
Traduzido de Science Alert