Os físicos teóricos Stephen Hawking, Malcolm Perry e Andrew Strominger propuseram uma solução para o paradoxo da perda de informação em buracos negros. Esse problema é considerado por muitos cientistas como um dos mais importantes da física, pois está associado ao determinismo do mundo - como o passado, o presente e o futuro se influenciam. "Lenta.ru" conta os detalhes do estudo.
A essência do problema do paradoxo da informação dos buracos negros é a seguinte. De acordo com a versão mais simples do teorema sem cabelo, buracos negros sem carga e sem rotação descritos no espaço-tempo de Schwarzschild são caracterizados por apenas um parâmetro - massa. A palavra "cabelo", neste caso, é usada como metáfora para outros parâmetros e foi proposta pelo físico John Wheeler.
O paradoxo significa que não há como diferenciar buracos negros de massas iguais uns dos outros. A matéria que entra no buraco negro posteriormente evapora devido à radiação Hawking, e não está claro o que acontece com a informação que ela carregava anteriormente. Em termos gerais, isso pode significar, como Strominger apontou em uma entrevista com o editor Seth Fletcher para a Scientific American, o mundo é indeterminado: o presente não define o futuro e não pode ser usado para reconstruir completamente o passado.
Hawking anunciou a nova descoberta em 25 de agosto de 2015, falando em uma conferência no Royal Institute of Technology em Estocolmo. Em seguida, ele intrigou a comunidade científica com um próximo artigo dedicado a resolver o paradoxo do buraco negro. “As informações não são armazenadas internamente, como se poderia esperar, mas no horizonte de eventos de um buraco negro”, disse o cientista na época. Ele também mencionou as super-transmissões usadas pelos autores no trabalho (mais sobre eles abaixo), cuja pesquisa Strominger inspirou Hawking a escrever o artigo. “A ideia é que as supertransmissões são um holograma de partículas em queda”, disse Hawking. "Eles contêm todas as informações que poderiam ter sido perdidas." O cientista também falou sobre as perspectivas de uso de informações de buracos negros. “Para todos os efeitos práticos, as informações são perdidas”, disse Hawking. De acordo com ele,buracos negros retornam informações em uma "forma caótica e inútil".
Em sua palestra um dia antes, em 24 de agosto, Hawking falou sobre os buracos negros como túneis para outros universos. “Se um buraco negro for grande o suficiente e girar, pode ser uma ponte para outro universo. Mas depois de passar por ela, você não vai mais voltar para a nossa”, disse o físico. Hawking apresentou suas idéias na conferência em 3 de setembro em uma pré-impressão no site arXiv.org. O próprio trabalho de Hawking, em coautoria com Perry e Strominger, foi publicado lá em 5 de janeiro de 2016.
Malcolm Perry, Andrew Strominger e Stephen Hawking (da esquerda para a direita)
Foto: Anna N. Zytkow / scientificamerican.com
Anteriormente (desde meados da década de 1970), Hawking acreditava que as informações não eram armazenadas em buracos negros. Nessa questão, em 1997, ele e Kip Thorne fizeram uma aposta com o físico teórico americano John Preskill. A visão de Hawking sobre o paradoxo da informação do buraco negro mudou com os avanços na teoria das cordas.
Vídeo promocional:
Em 1996, no âmbito da teoria das cordas, Strominger e Kumrun Wafa demonstraram a derivação de uma expressão para a entropia dos buracos negros, obtida pela primeira vez termodinamicamente pelo físico israelense Jacob Bekenstein em 1973. Sua conclusão indica que a evaporação dos buracos negros preserva a unitariedade da mecânica quântica (associada a uma interpretação consistente da probabilidade), que Hawking questionou anteriormente.
Em trabalho publicado em 2005, o cientista britânico tentou explicar qualitativamente a conservação da informação em um buraco negro usando a técnica da integral funcional tomada em um espaço com topologia trivial. Os mesmos resultados seguiram a ideia da correspondência AdS / CFT proposta em 1998 por Juan Maldacena no âmbito da teoria das cordas. Ele, por sua vez, é baseado no princípio holográfico proposto em 1993 pelo físico teórico holandês Gerard t'Hooft (este cientista publicou uma pré-impressão em 5 de setembro de 2015 com uma forma alternativa de armazenamento de informações por um buraco negro).
No novo trabalho, os cientistas baseiam-se em pesquisas da década de 1960. Então, os físicos Steven Weinberg e outros propuseram o conceito de supertraduções (elas não devem ser confundidas com o termo de mesmo nome usado em supermatemática). Além disso, os autores usaram os resultados de Strominger e co-autores, dos quais se deduziu que o buraco negro tem os chamados cabelos macios. Strominger usou fótons suaves conhecidos da eletrodinâmica quântica - quanta de radiação eletromagnética de comprimentos de onda longos usados em renormalizações (procedimentos para eliminar divergências na teoria quântica de campos). Tais partículas possuem baixa energia e, ao descrever o estado de vácuo (com a menor energia), levam ao aparecimento de um novo estado quântico caracterizado pelo momento angular (já que o fóton tem um).
Strominger ficou interessado em saber se o estado quântico inicial do sistema seria diferente do próximo se definíssemos o comprimento de onda do fóton como infinito (isto é, para contar sua energia como zero). Os cálculos mostraram que o estado quântico do sistema mudará neste caso. Gravitons moles e fótons no limite do comprimento de onda infinito existem nas fronteiras do espaço-tempo. Aplicado a buracos negros, verifica-se que as partículas moles estão localizadas no horizonte de eventos - um holograma tridimensional de um buraco espaço-tempo quadridimensional.
Quando falam sobre supertransmissões, os cientistas se referem a transformações de feixes de luz idênticos que existem no horizonte de eventos do buraco negro. Na década de 1960, supertraduções foram usadas para descrever raios de luz no infinito no espaço-tempo, em vez do horizonte de eventos dos buracos negros. Strominger explicou a ideia de supertransmissão usando o exemplo de uma coleção de canudos infinitamente longos e idênticos. Se um deles for movido para cima ou para baixo em relação aos outros, esse movimento pode ser considerado real? Pesquisas feitas por cientistas deram uma resposta positiva a essa pergunta.
Gerard t'Hooft e Stephen Hawking
Foto: Håkan Lindgren / kth.se
“Se você comparar dois buracos negros que diferem apenas na adição de um fóton macio que não muda a energia, você obtém buracos negros diferentes. E então você os deixa evaporar. Nesse caso, eles devem evaporar em algo diferente um do outro. Fornecemos uma fórmula exata, que é um dos principais resultados do nosso trabalho, descrevendo as diferenças no estado quântico de um buraco negro, ao qual um fóton macio foi ou não adicionado”, disse Strominger à Scientific American.
O físico lembrou que, no decorrer de sua pesquisa, conseguiu formular 35 problemas promissores, cuja solução pode levar vários meses. “Se tivermos todos os ingredientes para entender a dinâmica quântica dos buracos negros, será possível contar o número de pixels holográficos”, disse ele. No futuro, Strominger e coautores vão estudar não supertraduções, mas super-rotações. Usando a analogia com canudos infinitamente longos idênticos, podemos dizer que, neste caso, os últimos trocam de lugar entre si (um canudo gira em torno do outro).
“Eles (super-rotações) são outro tipo de simetria no infinito, onde você não apenas move os raios de luz para cima e para baixo, mas permite que eles se movam em relação uns aos outros”, disse Strominger. Os cientistas começaram a estudar essas transformações há cerca de dez anos, e o progresso em entendê-las foi alcançado apenas nos últimos dois anos. Hawking, que comemorou seu 74º aniversário em 8 de janeiro, apresentará sua visão de seu novo trabalho em palestras que serão transmitidas nos dias 26 de janeiro e 2 de fevereiro pela BBC Radio 4.
Andrey Borisov
