Os Buracos Negros do Stephen Hawking

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Ilustração de Brian Stauffer

Buracos negros são um dos objetos astronômicos mais exóticos e misteriosos já detectados, como já discutido em astropontos anteriores. De acordo com a teoria da relatividade geral, tudo que passa pelo horizonte de evento do buraco negro (seu limite) é perdido para sempre (nem mesmo a luz pode escapar!), e é daí que vem o seu nome.

O astropontos de hoje traz um breve resumo com as mais importantes descobertas de um dos maiores contribuidores para a física dos buracos negros: Stephen Hawking.

Desde o início da sua vida acadêmica, durante o seu doutorado, Hawking já era inspirado pelos buracos negros. Baseando-se no teorema de Roger Penrose, que diz que o buraco negro tem uma singularidade, ele extendeu essa ideia para todo o universo. Em sua tese de doutorado “Singularidades e Geometria do Espaço-Tempo”, ele propôs que o universo teria começado de uma singularidade.

Poucos anos mais tarde, em 1970, juntamente com os cientistas James Bardon e Brandon Carter, ele postulou as quatro leis da mecânica para um buraco negro. A segunda lei dizia que um buraco negro jamais poderia diminuir de tamanho, ou mais especificamente: a área do horizonte de eventos, o ponto onde nada (nem a luz) pode escapar, jamais poderia diminuir. Similar à segunda lei da termodinâmica, que diz que a entropia de um sistema fechado nunca pode diminuir.

Então você pode pensar que havia uma conexão entre as duas leis. Bom, de fato, há quem pensou nisto à época, como o físico Jacob Bekenstein que propôs que a entropia de um buraco negro estava relacionada com a área da superfície do horizonte de evento. Mas Hawking era cético em conectar as duas leis, pois para ele, a entropia e buracos negros não deveriam andar juntos. Como os buracos negros não emitiriam nenhum tipo de energia, não seria possível ter entropia sem ter radiação!

Entretanto, após uma visita a Moscou, onde participou de uma discussão com outros pesquisadores sobre a possibilidade de buracos negros em rotação emitir partículas, Hawking mudou de ideia. Em 1974, ele mostrou que buracos negros emitem radiação, conhecida hoje como Radiação Hawking, e como consequência, os buracos negros deveriam viver até acabar sua energia. Isso acontece devido às leis da mecânica quântica: o universo é composto de matéria e anti-matéria, partículas que se aniquilam quando entram em contato entre si. No momento em que o buraco negro captura uma metade do par partícula-antipartícula, a partícula que restou é irradiada para o espaço pegando um pouco da energia do buraco negro. Claro que esse processo que deve durar bilhões de anos até o buraco negro desaparecer, deixando apenas sua radiação emitida como traço de sua existência. Mas infelizmente, segundo os cálculos do Hawking, essa radiação não conteria informação sobre o que foi capturado pelo buraco negro.

Então você pode se perguntar: “Quando o buraco negro desparece, toda a informação do que caiu dentro dele também vai ser perdida?”. Esta pergunta na verdade é um problema que ficou conhecido como Paradoxo da Informação do Buraco Negro. Acontece que a afirmação de Hawking sobre a perda da informação do buraco negro violava a física moderna. Segunda esta, as leis da física são completamente reversíveis, ou seja, informações que existiram no passado devem ser teoricamente capazes de serem recuperadas. Portanto, as partículas podem ser destruídas, mas suas informações (seus atributos físicos) devem viver para sempre. Isso quer dizer que, não poderíamos saber se o que foi capturado é matéria ou antimatéria, homem ou mulher, mas podemos saber sobre sua massa, momento angular, e carga.

Dessa forma, em 2016, Hawking e os colegas Strominger e Perry propuseram uma solução para o problema do paradoxo, no artigo “Soft Hair on Black Holes” publicado no Physical Review Letters – aquele mesmo da descoberta das ondas gravitacionais! – (ver acesso aberto no arXiv ). No artigo, eles falam que o buraco negro teria um tal de “soft hair” (ou cabelos suaves, em português) ao redor do horizonte de eventos capaz de guardar informações. Claro que o cabelo não é mesmo um cabelo, mas sim excitações quânticas que pegariam a informação da radiação ejetada pelo buraco negro. Assim, toda a informação sobre o horizonte de eventos seria guardada fora do buraco negro.

Se os cabelos resolvem ou não o problema do paradoxo, ninguém sabe ainda. Mas pode ser um passo inicial para entender como os buracos negros codificam a informação. E claro, um dos últimos legados deixados pelo inesquecível Stephen Hawking.

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