Paul Sparks
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Os buracos negros estão entre os lugares mais misteriosos do universo; locais onde a própria estrutura do espaço e do tempo está tão deformada que nem mesmo a luz pode escapar deles. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, em seu centro está uma singularidade, um lugar onde a massa de muitas estrelas é comprimida em um volume com tamanho exatamente zero. No entanto, dois artigos de física recentes, publicados em dez. 10 nas revistas Physical Review Letters e Physical Review D, respectivamente, podem fazer os cientistas reconsiderarem o que pensamos saber sobre os buracos negros. Os buracos negros podem não durar para sempre, e é possível que não tenhamos entendido completamente sua natureza e sua aparência no centro, de acordo com os jornais. [Ideias mais extravagantes de Stephen Hawking sobre buracos negros]
O limite da física de Einstein
Astrônomos e físicos há muito sustentam que a ideia de uma singularidade simplesmente deve estar errada. Se um objeto com massa não tem tamanho, então ele tem densidade infinita. E, por mais que os pesquisadores digam a palavra "infinito", infinitos desse tipo não existem na natureza. Em vez disso, quando você encontra um infinito em uma situação científica real, física, o que realmente significa é que você empurrou sua matemática para além do reino onde ela se aplica. Você precisa de uma nova matemática.
É fácil dar um exemplo familiar disso. A lei da gravidade de Newton diz que a força da atração gravitacional muda como um na distância ao quadrado entre dois objetos. Portanto, se você pegasse uma bola localizada longe da Terra, ela experimentaria um certo peso. Então, conforme você o trouxesse para mais perto da Terra, o peso aumentaria. Levando essa equação ao extremo, ao aproximar o objeto do centro da Terra, ele experimentaria uma força infinita. Mas não.
Em vez disso, conforme você aproxima o objeto da superfície da Terra, a simples lei da gravidade de Newton não se aplica mais. Você tem que levar em consideração a distribuição real da massa da Terra, e isso significa que você precisa usar equações diferentes e mais complexas que prevêem comportamentos diferentes. Da mesma forma, embora a teoria da relatividade geral de Einstein preveja que existe uma singularidade de densidade infinita no centro dos buracos negros, isso não pode ser verdade. Em tamanhos muito pequenos, uma nova teoria da gravidade deve entrar em ação. Temos um nome genérico para essa nova teoria: é chamada de gravidade quântica. [8 maneiras de ver a teoria da relatividade de Einstein na vida real]
O nome gravidade quântica significa simplesmente "gravidade nas escalas menores", mas a frase não implica uma teoria específica. No entanto, foram feitas propostas teóricas específicas que descreveriam a gravidade como ela é no microcosmo. Uma proposta é chamada de gravidade quântica em loop.
A gravidade quântica em loop é bem definida matematicamente e expressa a estrutura do espaço-tempo como uma rede de redes de spin, que evoluem com o tempo. Redes de spin são apenas uma formulação matemática que descreve como partículas e campos interagem. De um ponto de vista mais prático, a gravidade quântica em loop prediz que o espaço-tempo é quantizado, com a menor unidade possível ou pedaço de espaço e tempo, além do qual o espaço-tempo não pode ser subdividido mais.
A gravidade quântica de loop é uma teoria matemática difícil que tem resistido a fazer previsões testáveis dentro de buracos negros. No entanto, Abhay Ashtekar e Javier Olmedo na Pennsylvania State University e Parampreet Singh na Louisiana State University aplicaram a gravidade quântica em loop ao centro dos buracos negros. Eles afirmam que o resultado não é uma singularidade.
Seu cálculo prediz que o espaço-tempo é curvado com muita força perto do centro do buraco negro. O resultado é que o espaço-tempo continua em uma região no futuro que tem a estrutura de um buraco branco. Um buraco branco é como um buraco negro ao contrário, o que significa que ao contrário de um buraco negro, que puxa a matéria para dentro, um buraco branco dispara a matéria para fora.
Talvez haja outra maneira de imaginar o que eles estão prevendo. É bem sabido que em campos gravitacionais fortes, o tempo fica mais lento. E os buracos negros contêm os campos gravitacionais mais fortes do universo. Por causa disso, uma possível interpretação desse novo trabalho é que a matéria cai em um buraco negro e então "salta", atirando a massa de volta ao cosmos. Como o tempo é tão lento perto do centro de um buraco negro, esse processo simplesmente está demorando muito. Se os pesquisadores estiverem corretos, em um futuro muito distante, onde agora existem buracos negros, a matéria estará em erupção, espalhando matéria por todo o cosmos.
Como sempre na ciência teórica, existem muitas idéias interessantes e provocativas que simplesmente não são verdadeiras, e esta pode ser uma delas. Portanto, é importante ver se há suporte experimental para ideias teóricas como essas.
Existem algumas possibilidades. Os cientistas observaram fenômenos de energia muito alta no espaço que não foram completamente explicados. Uma é a existência de raios cósmicos de altíssima energia que atingem a atmosfera da Terra. Outro é o que é chamado de "rajadas rápidas de rádio", que ocorre quando uma grande quantidade de energia de rádio é observada em um período de tempo muito curto. Ambos os fenômenos poderiam, pelo menos em princípio, ser a assinatura de um buraco negro em transição para um buraco branco.
Certamente, é prematuro aceitar essa ideia nova e interessante. Em vez disso, seria prudente ver como os cálculos em andamento usando a gravidade quântica em loop se desdobram. Se as previsões melhorarem e começarem a se parecer mais com alguns dos fenômenos astronômicos inexplicáveis observados, pode ser que este novo resultado irá explicar como a gravidade quântica funciona e remodelar nossa compreensão do passado e do futuro do nosso universo..
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Originalmente publicado em .
Don Lincoln é um pesquisador de física na Fermilab. Ele é o autor de "O Grande Colisor de Hádrons: A história extraordinária do bóson de Higgs e outras coisas que vão explodir sua mente"(Johns Hopkins University Press, 2014), e ele produz uma série de educação científica videos. Siga-o no Facebook. As opiniões expressas neste comentário são dele.
Don Lincoln contribuiu com este artigo para Vozes de especialistas: Op-Ed e Insights.