23 de fevereiro de 2018

Pode ser possível sair vivo de um buraco negro, mas em um mundo totalmente diferente

Na física, o passado determina o que acontece no futuro. Se os físicos sabem como o universo começou, eles podem calcular seu futuro por todo o tempo e espaço. Mas um grupo de pesquisadores dos EUA, de Portugal e da Holanda diz que existem alguns tipos de buracos negros em que esta lei não é válida. Se alguém se aventurasse em um desses buracos negros e sobrevivesse, essa pessoa teria seu passado obliterado e poderia ter um número infinito de futuros possíveis. Estas alegações não são exatamente novidade, mas os físicos invocaram algo chamado “forte censura cósmica” no passado para explicar. Ou seja, algo catastrófico – tipicamente uma morte horrível – impediria que os observadores realmente entrassem em uma região do espaço-tempo em que seu futuro não fosse determinado. Este princípio, proposto pela primeira vez há 40 anos pelo físico Roger Penrose, mantém intocada uma ideia, o determinismo, chave para qualquer teoria física, que afirma que, dado o passado e o presente, as leis físicas do universo não permitem mais do que um possível futuro.

Mas, segundo o matemático Peter Hintz, da Universidade da Califórnia, nos EUA, cálculos mostram que, para alguns tipos específicos de buracos negros em um universo como o nosso, que está se expandindo a uma taxa acelerada, é possível sobreviver à passagem de um mundo determinista para um não determinista.

Ninguém sabe como seria a vida em um espaço onde o futuro é imprevisível. Mas a descoberta não significa que as equações de Einstein da relatividade geral, que até agora descrevem perfeitamente a evolução do cosmos, estão erradas, diz Hintz. “Nenhum físico vai viajar para um buraco negro e medir isso. Esta é uma questão matemática. Mas, a partir desse ponto de vista, isso torna as equações de Einstein matematicamente mais interessantes”, aponta ele. “Esta é uma questão que só pode ser estudada matematicamente, mas tem implicações físicas, quase filosóficas, o que a torna muito legal”.

Outro mundo

A principal característica dos buracos negros é que nada pode escapar de sua gravidade, nem mesmo a luz. Se você se aproximar demais e atravessar o chamado horizonte de eventos, você nunca escapará. Em buracos negros menores, alguém nunca sobreviveria ao chegar tão próximo. As forças de maré próximas ao horizonte de eventos simplesmente desconstruiriam qualquer coisa, transformando a matéria em uma série de átomos.  Mas em grandes buracos negros, como os objetos supermassivos nos núcleos de galáxias como a Via Láctea, que pesam dezenas de milhões, senão bilhões de vezes, a massa de uma estrela, cruzar o horizonte do eventos poderia não ser tão dramático.

E justamente porque pode ser possível sobreviver à transição entre nosso mundo e o mundo do buraco negro, físicos e matemáticos há muito tempo se perguntam como seria esse mundo. Eles procuraram as respostas nas equações de relatividade geral de Einstein para prever o mundo dentro de um buraco negro. Essas equações funcionam bem até que um observador alcance o centro, ou a singularidade, onde, nos cálculos teóricos, a curvatura do espaço-tempo se torna infinita.

O horizonte de Cauchy

Mesmo antes de chegar ao centro, no entanto, um explorador de buracos negros – que nunca poderia comunicar o que achou ao mundo exterior – poderia encontrar alguns marcos esquisitos e mortíferos. Hintz estuda um tipo específico de buraco negro – um buraco negro padrão, não rotativo e com uma carga elétrica – e esse objeto tem algo. É nesse ponto, no horizonte de Cauchy, que o determinismo se degrada, onde o passado já não determina o futuro. Físicos sempre argumentaram que nenhum observador poderia passar pelo ponto do horizonte de Cauchy porque ele seria aniquilado. 

Segundo este ponto de vista, quando o observador se aproxima do horizonte, o tempo anda mais devagar, uma vez que os relógios ficam mais lentos em um forte campo gravitacional. À medida que as ondas de luz, gravitacionais e qualquer outra coisa encontrasse o buraco negro, inevitavelmente se aproximando do horizonte de Cauchy, um observador também caindo para dentro acabaria vendo toda essa energia simultaneamente. Assim, toda a energia que o buraco negro vê ao longo da vida do universo atinge o horizonte de Cauchy ao mesmo tempo, explodindo no esquecimento qualquer observador que chegasse tão longe.

Hintz percebeu, no entanto, que isso pode não se aplicar a um universo em expansão que está acelerando, como o nosso. Como o espaço-tempo está ficando cada vez mais separado, grande parte do universo distante não afetará o buraco negro, já que essa energia não pode viajar mais rápido que a velocidade da luz.

Na verdade, a energia disponível para entrar no buraco negro é apenas aquela contida no horizonte observável: o volume do universo que o buraco negro pode esperar ver ao longo de sua existência. Para nós, por exemplo, o horizonte observável é maior do que os 13.8 bilhões de anos-luz que podemos ver no passado, porque inclui tudo o que veremos para sempre no futuro. A expansão acelerada do universo nos impedirá de ver além de um horizonte de cerca de 46,5 bilhões de anos-luz.

Universo em expansão

Nesse cenário, a expansão do universo neutraliza a amplificação causada pela dilatação do tempo dentro do buraco negro e, em determinadas situações, a cancela totalmente. Nesses casos – especificamente, buracos negros lisos e não rotativos com uma grande carga elétrica, os chamados buracos negros Reissner-Nordström-de Sitter – um observador poderia sobreviver passando pelo horizonte de Cauchy e chegar a um mundo não determinista.

“Existem algumas soluções exatas das equações de Einstein que são perfeitamente lisas, sem torções, sem forças de maré indo para o infinito, onde tudo está perfeitamente bem comportado até este horizonte de Cauchy e além”, diz ele, observando que a passagem pelo horizonte seria dolorosa, mas breve. “Depois disso, todas as apostas estão desligadas, em alguns casos, como em um buraco negro Reissner-Nordström-de Sitter, pode-se evitar a singularidade central e viver para sempre em um universo desconhecido”, teoriza.

Buracos negros com este tipo de carga, entretanto, são muito difíceis de existir, diz o estudioso, uma vez que eles atraem matéria opostamente carregada até ficarem neutros. No entanto, as soluções matemáticas para buracos negros carregados são usadas como uma espécie de teste intermediário para o que aconteceria dentro de buracos negros rotativos, que provavelmente são a norma. Hintz argumenta que buracos negros lisos e rotativos, chamados buracos negros de Kerr-Newman-de-Sitter, se comportariam da mesma maneira.

“Isso é perturbador”, diz Hintz. “A ideia de que você poderia ter uma estrela eletricamente carregada que sofre um colapso em um buraco negro, e então Alice viaja dentro desse buraco negro e, se os parâmetros do buraco negro são suficientemente extremos, pode ser que ela possa atravessar o horizonte de Cauchy, sobreviver e chegar a uma região do universo onde, conhecendo o estado inicial completo da estrela, não poderá dizer o que vai acontecer com ela”, completa, usando a metáfora de Alice no País das Maravilhas para ilustrar essa mudança de mundos universal.

“(O futuro) não é mais determinado pelo pleno conhecimento das condições iniciais. É por isso que é muito problemático”, aponta. O artigo de Hintz já provocou outros trabalhos, um dos quais sugere que mesmo os buracos negros mais “bem comportados” não violam o determinismo. Mas Hintz insiste que uma instância de violação já é demais. As pessoas foram complacentes por cerca de 20 anos, desde meados da década de 90, essa forte censura cosmológica sempre é verificada”, disse ele. “Nós desafiamos esse ponto de vista”. 
Fonte: https://hypescience.com/
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