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sexta-feira, março 5

buracos negros 

tradução livre de artigo da revista "The Economist", de 4 de março de 2004

hoje são cabeludos, mas o que é que existe dentro de um buraco negro?

desde o momento em que john wheeler criou a designação "buraco negro", que esse fenómeno astronómico complexo mantém uma fascinação especial tanto para físicos como para leigos_ os físicos estão interessados nele em virtude das condições extremas que se verificam no seu interior e limiar, uma região onde a gravidade é tão forte que se pensava que nada, nem a própria luz, poderia escapar_ essas condições permitem testar a intersecção entre as duas teorias que estão no centro da física moderna: a mecânica quântica e teoria da relatividade de einstein (também conhecida como a teoria geral da relatividade)_ ambas as teorias concordam perfeitamente com as observações até agora realizadas_ mas as duas parecem incompatíveis uma com a outra, colocando fora do alcance um grande teoria unificada_ muitos físicos gostariam de ultrapassar mais este obstáculo_

os leigo são provavelmente mais cativados pela nomenclatura de wheeler do que pelos detalhes da física_ mas os buracos negros não são realmente negros_ num artigo que o catapultou para a fama em 1974, stephan hawking preveu que alguns buracos negros deveriam emitir radiação (apesar de uma forma que ainda não está totalmente percebida)_ e agora, parece que outra frase famosa de wheeler, que "os buracos negros não têm cabelo", também é falsa_

o que wheeler queria dizer com a calvice dos buracos negros é que eles podiam ser caracterizados apenas por três números: massa, momento angular (de uma forma simples, está relacionado com a sua velocidade de rotação) e a carga eléctrica_ para descrever uma estrela, teria de se saber, pelo contrário, o que cada um dos ziliões de átomos no seu interior estava a fazer_ logo que hawkings descobriu que um buraco negro radia, a falta de cabelo levou a um paradoxo_ deixando cair qualquer coisa dentro de um buraco negro, por exemplo uma enciclopédia, e ela seria destruída e eventualmente reemitida de uma forma aleatória sob a forma de radiação de hawking_ a informação na enciclopédia seria assim perdida_ mas a mecânica quântica diz, de uma forma talvez surpreendente, que a informação não pode ser destruída! se a enciclopédia caisse numa estrela seria possível (apesar de claramente muito difícil) reconstruí-la através da inversão das trajectórias de todos os átomos de que era composta_

antes do artigo de hawking, essa questão era contornada porque ninguém conseguia provar que a informação não estaria preservada de uma qualquer forma dentro do buraco negro_ mas a radiação de hawking, que é prevista por uma combinação ad-hoc da relatividade com a mecânica quântica, destrói esse estratagema e produz um aparente paradoxo_

num artigo acabado de publicar na revista "nuclear physics b", samir mathur e os seus colegas da ohio state university parecem ter resolvido o paradoxo recorrendo à teoria de cordas, a qual é a melhor tentativa disponível para reconciliar a relatividade com a mecânica quântica_ esta teoria, que postula que tudo no universo é uma consequência de minúsculas cordas oscilando em 10 dimensões, pensava-se que teria consequências observáveis apenas a escalas muito pequenas, tão menores que os átomos como estes o são relativamente ao sistema solar! mathur mostrou, no entanto, que para densidades elevadas da matéria, como as que se verificam no interior de um buraco negro, os efeitos atribuíveis às cordas podem aumentar até grandes escalas_

de acordo com mathur, o interior de um buraco negro pode ser visto como uma bola de cordas_ esta bola modula a radiação de hawking de uma forma que reflecte o arranjo das cordas dentro do buraco_ e então ela actua como um repositório da informação transportada pelas coisas que cairam no buraco e, como é requerido pela mecânica quântica, não ocorre destruição de informação_

para além de resolver o paradoxo da informação, esta teoria possui o benefício acrescido, pelo menos nos casos especiais que mathur foi capaz de resolver de uma forma exacta, de se livrar da singularidade que se pensava existir no centro de cada buraco negro_ uma singularidade é uma anomalia matemática onde as teorias físicas, como a teoria da relatividade, não se podem aplicar porque quantidades que deveriam ser finitas divergem para infinito_ isto quer dizer que os físicos são incapazes, mesmo em princípio, de explicar o que na realidade está a acontecer naquele ponto_ seria então um importante bónus se mathur estiver correcto e as singularidades não existirem_

o seu resultado tem ainda implicações em assuntos mais vastos de cosmologia_ o universo primitivo teria uma densidade semelhante à de um buraco negro, e então a "bola de cordas" da teoria poderia ser aplicada também aqui_ apesar de mathur ser cauteloso neste aspecto, a sua teoria poderia fornecer uma explicação alternativa acerca do porquê do universo, quando visto em grande escala, parecer tão uniforme_

de momento, esta uniformidade é explicada através de um fenómeno conhecido como a inflação cósmica, na qual o universo é suposto ter sofrido uma expansão rápida quando era muito novo_ esta expansão teria "congelado" o estado inicial uniforme do universo ao impedir a formação de concentrações locais de matéria_ ligando o universo primitivo através das cordas poderia fornecer uma explicação alternativa para a uniformidade cósmica_

a teoria das cordas é frequentemente criticada porque é abstracta e então difícil de comparar com a realidade_ mas apesar de ninguém ainda ter visto um buraco negro de perto, e então poder testar as ideias de mathur na realidade, o facto da teoria das cordas parecer capaz, neste caso, de resolver inconsistências de longa data entre a teoria da relatividade e a mecânica quântica é um ponto importante a seu favor_

nota: os buracos negros deixaram de ser objectos de ficção científica e existem já vários candidatos nas observações astronómicas_ a realidade é mais estranha que a ficção...

referências:
o artigo de samir mathur está publicado na Nuclear Physics B (para ver o resumo)
Bartleby.com publica a teoria geral da relatividade
pode ver também a home page de stephen hawking

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