Como os buracos negros consomem entropia

A entropia é um daqueles conceitos assustadoramente profundos que formam o núcleo de campos inteiros da física (neste caso, a termodinâmica), que infelizmente é tão matemático que é difícil de explicar em linguagem simples.

Mas vamos tentar. Sempre que vejo a palavra entropia, gosto de substituí-la pela frase “contando o número de maneiras pelas quais posso reorganizar um cenário e deixá-lo praticamente igual”. Isso é um pouco complicado, eu concordo, e então a entropia terá que servir.

Visão artística de buracos negros em órbita. Crédito: Caltech/R. Ferido (IPAC) 

Você acorda na manhã do fim de semana e decide finalmente enfrentar a tarefa monumental de limpar seu quarto. Você pega, limpa, dobra e guarda suas roupas. Você ajeita seus lençóis. Você afofa seus travesseiros. Você organiza sua gaveta de roupas íntimas. Depois de horas de esforço, você se afasta para admirar seu trabalho, mas já pode sentir uma sensação de desconforto no estômago. Em pouco tempo, você sabe que tudo ficará bagunçado novamente.

Você sabe disso instintivamente porque só existe uma maneira singular de ter uma sala perfeitamente organizada, com um lugar para tudo e cada coisa em seu lugar. Só existe uma maneira de ter esse cenário preciso. Como agora você está familiarizado com a palavra, sinta-se à vontade para usá-la: você pode dizer que uma sala perfeitamente limpa tem entropia muito baixa .

Vamos apresentar alguma desordem. Você pega uma meia desemparelhada e a joga no seu quarto. Agora está confuso. E você pode colocar uma medida quantificável nessa confusão. Sua meia solitária pode estar no chão. Pode estar na cama. Pode estar saindo pela metade de uma gaveta. Existem várias maneiras de reorganizar esse cenário – a aparência de uma meia desarrumada em seu quarto – enquanto mantém o mesmo quadro geral. A entropia é maior.

E então seu cachorro, ou seus filhos, ou seu cachorro e seus filhos entram na sala. O caos se instala. Nada está onde deveria estar, e há um número quase finito de maneiras de atingir o mesmo nível de desordem. A entropia – e a frustração – é realmente muito alta.

Os físicos gostam de usar a entropia porque ela também serve como uma maneira prática de codificar as informações em um sistema. Portanto, ao medir a entropia – uma quantidade com a qual os físicos se sentem muito confortáveis ​​– eles também podem ter uma ideia da quantidade de informação em um sistema.

Isso se aplica a qualquer sistema do universo, como buracos negros .

A partir de 1981, o físico Jacob Bekenstein – cujo trabalho quase nos fez referir à radiação de Bekenstein – descobriu dois factos notáveis ​​e não intuitivos sobre os buracos negros e os seus horizontes de eventos. Primeiro, o volume contido nos buracos negros representa a maior quantidade absoluta de entropia que qualquer volume de tamanho semelhante no universo pode ter.

Dito de outra forma, os buracos negros são esferas de entropia máxima. Não importa o quão bagunçado seu quarto fique, não importa o quanto você aumente deliberadamente ou inadvertidamente sua entropia, você nunca, jamais, poderá superar a entropia de um buraco negro do tamanho de um quarto. Esse fato deveria levantar imediatamente algumas questões preocupantes, mas intrigantes.

De todas as criações maravilhosas do universo, por que a natureza escolheu os buracos negros para conterem a maior entropia? Isso é uma mera coincidência ou está nos ensinando algo valioso sobre a conexão entre a mecânica quântica , a gravidade e a informação?

Essa sensação de desconforto e excitação deve aumentar quando você aprender o segundo fato sobre os buracos negros que Bekenstein descobriu. Quando você adiciona informações a um buraco negro, ele fica maior. Isto por si só não é surpreendente, mas os buracos negros – e apenas os buracos negros – crescem de tal forma que as suas áreas de superfície, e não os seus volumes, crescem em proporção à quantidade de nova informação que passa para eles.

Se considerarmos qualquer outro sistema no universo – uma estrela consumindo um planeta, você consumindo um cheeseburger – a entropia e a informação do sistema combinado aumentam. E o volume também (tanto para a estrela quanto para você). E o volume sobe proporcionalmente ao aumento da quantidade de informação. Mas os buracos negros , por alguma razão que ainda não compreendemos, desafiam esta imagem intuitiva do bom senso.

Fonte: phys.org