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Buracos negros e “cabelos macios”: por que o trabalho final de Stephen Hawking é importante

out 14, 2018

(Por The Guardian)

O paradoxo da informação é talvez o problema mais intrigante da física teórica fundamental hoje. Foi descoberto por Stephen Hawking há 43 anos e até recentemente tem intrigado muitos.

A partir de 2015, Stephen, Andrew Strominger e eu começamos a nos perguntar se seria possível entender uma saída para essa dificuldade questionando as suposições básicas subjacentes às dificuldades.

O trabalho mais recente, e talvez o último artigo em que Stephen esteve envolvido, acabou de sair. Embora não se tenha resolvido o paradoxo da informação, espera-se que tenhamos aberto o caminho e continuem o trabalho intensivo nessa área.

A física é realmente sobre ser capaz de prever o futuro, dado como as coisas são agora. Por exemplo, se você jogar uma bola, quando souber sua posição inicial e velocidade, poderá descobrir onde ela estará no futuro. Esse tipo de raciocínio é bom para o que se chama de física clássica, mas para pequenas coisas, como átomos e elétrons, as regras precisam de algumas modificações, conforme descrito pela mecânica quântica.

Na mecânica quântica, em vez de descrever resultados precisos, descobre-se que só é possível calcular as probabilidades de que várias coisas aconteçam. No caso de uma bola ser lançada, a pessoa não saberia sua trajetória precisa, mas apenas a probabilidade de que ela estaria em algum lugar particular, dadas suas condições iniciais.

O que Hawking descobriu foi que, na física dos buracos negros, parecia haver incerteza ainda maior do que na mecânica quântica. No entanto, esse tipo de incerteza parecia ser completamente inaceitável, na medida em que resultou em muitas das leis da física aparecendo em colapso. Isso nos privaria da capacidade de prever qualquer coisa sobre o futuro de um buraco negro.

Isso pode não ter importado – exceto que os buracos negros são objetos físicos reais. Existem enormes buracos negros nos centros de muitas galáxias. Sabemos disso porque as observações do centro da nossa galáxia mostram que há um objeto compacto com uma massa de alguns milhões de vezes a do nosso sol; uma enorme concentração de massa só poderia ser um buraco negro.

Quasares, objetos extremamente luminosos no centro de galáxias muito distantes, são alimentados por matéria caindo em buracos negros. O observatório Ligo descobriu recentemente ondulações no espaço-tempo, ondas gravitacionais, produzidas pela colisão de buracos negros.

A raiz do problema é que já se pensou que os buracos negros foram completamente descritos por sua massa e seu giro. Se você jogasse algo em um buraco negro, uma vez que estivesse dentro de você, seria incapaz de dizer o que foi jogado.

Essas idéias foram encapsuladas na frase “um buraco negro não tem cabelo”. Muitas vezes podemos distinguir as pessoas olhando seus cabelos, mas os buracos negros pareciam completamente carecas. Em 1974, Stephen descobriu que os buracos negros, em vez de serem absorvedores perfeitos, se comportam mais como o que chamamos de “corpos negros”. Um corpo negro é caracterizado por uma temperatura e todos os corpos com uma temperatura produzem radiação térmica.

Se você for a um médico, é bem provável que sua temperatura seja medida com um dispositivo apontado para você. Este é um sensor infravermelho e mede sua temperatura detectando a radiação térmica que você produz. Um pedaço de metal aquecido no fogo vai brilhar porque produz radiação térmica.

Buracos negros não são diferentes. Eles têm uma temperatura e produzem radiação térmica. A fórmula para esta temperatura, universalmente conhecida como a temperatura de Hawking, está inscrita no memorial à vida de Stephen na Abadia de Westminster. Qualquer objeto que tenha uma temperatura também possui uma entropia.

A entropia é uma medida de quantas maneiras diferentes um objeto pode ser feito a partir de seus ingredientes microscópicos e ainda parece o mesmo. Assim, para um pedaço particular de metal quente vermelho, seria o número de maneiras que os átomos que compõem poderiam ser organizados de modo a parecer com o pedaço de metal que você estava observando. A fórmula de Stephen para a temperatura de um buraco negro permitiu-lhe encontrar a entropia de um buraco negro.

O problema então era: como surgiu essa entropia? Como todos os buracos negros parecem iguais, a origem da entropia estava no centro do paradoxo da informação.

O que foi feito recentemente é descobrir uma lacuna na matemática que levou à ideia de que os buracos negros são totalmente carecas. Em 2016, Stephen, Andy e Malcom Perry descobrirem que os buracos negros têm uma coleção infinita do que se chama de “cabelo macio”. Essa descoberta permite questionar a ideia de que buracos negros levam a uma quebra nas leis da física