Buracos negros são objetos misteriosos que, mesmo com tantos avanços científicos, continuam desafiando a compreensão humana. Para resolver alguns dos paradoxos associados a eles, físicos têm proposto hipóteses intrigantes. Uma dessas teorias sugere o Universo em que vivemos poderia estar dentro de um buraco negro que habita um Universo ainda maior.
Os buracos negros se formam quando estrelas massivas colapsam, criando regiões onde a gravidade é tão intensa que nem mesmo a luz consegue escapar. Estes objetos apresentam um problema para a termodinâmica. O estado final de um buraco negro, quando atinge o equilíbrio, é determinado por três parâmetros: massa, momento angular e carga elétrica.
Em um estudo recente, o astrofísico francês Jean-Pierre Luminet explica que, na relatividade geral clássica, um buraco negro impede qualquer partícula ou radiação de escapar. Para um observador externo, quando um corpo atravessa o horizonte de eventos, todas as informações sobre suas propriedades materiais são perdidas, restando apenas massa, momento angular e carga elétrica. Assim, um buraco negro engole uma enorme quantidade de informações.
Termodinâmica de buracos negros no contexto da Teoria das Cordas
Embora isso pareça simples, há uma complicação. Se um buraco negro tem massa, ele deve ter uma temperatura, conforme a primeira lei da termodinâmica, e pela segunda lei, deve irradiar calor. Stephen Hawking mostrou que os buracos negros emitem radiação – a radiação Hawking – no limite de um buraco negro.
Hawking apontou um paradoxo: se um buraco negro pode evaporar, parte da informação contida nele se perde para sempre. Luminet explica que a informação na radiação térmica emitida por um buraco negro é degradada e não recapitula informações sobre a matéria que o buraco negro engoliu. Essa perda irrecuperável de informações entra em conflito com a mecânica quântica, que postula que os sistemas físicos não podem criar ou destruir informações – uma propriedade conhecida como unitaridade.
Este é o paradoxo da informação do buraco negro, que desafia nossa compreensão atual do Universo e tem sido objeto de intenso estudo e debate. Uma solução proposta veio da termodinâmica de buracos negros no contexto da teoria das cordas. Gerard ‘t Hooft mostrou que os graus de liberdade dentro de um buraco negro são proporcionais à área da superfície de seu horizonte, não ao volume, permitindo observar a entropia do buraco negro.
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Luminet continua: cada bit de informação na forma de um 0 ou 1 corresponde a quatro áreas de Planck, o que permite encontrar a fórmula de Bekenstein-Hawking para a entropia.
Para um observador externo, a informação sobre a entropia do buraco negro, carregada pelos objetos que cruzaram o horizonte de eventos, parece perdida. Mas, nessa visão, a informação é codificada na superfície bidimensional do buraco negro, como um holograma.
Portanto, segundo Hooft, a informação engolida por um buraco negro pode ser completamente restaurada durante o processo de evaporação quântica.
Teoria deve ser levada a sério
Isso sugere que a física de um volume tridimensional pode ser descrita em seu limite bidimensional. Embora não se aplique ao espaço fora de um buraco negro, há propostas de que o próprio Universo poderia ser um buraco negro, onde todos os processos ocorrem na fronteira e o que observamos emerge dessas interações.
A ideia é selvagem, sugerindo, por exemplo, que a gravidade poderia surgir como uma força emergente da entropia de emaranhamento na fronteira. Embora a física padrão ainda descreva melhor o Universo que vemos, há razões para levar essa teoria a sério.
Para que o modelo funcione, o raio de Hubble do Universo – o raio do Universo observável – deve ser o mesmo que seu raio de Schwarzschild, ou o tamanho do buraco negro que seria criado se toda a matéria nele fosse condensada em um único ponto. Essas duas medidas são surpreendentemente próximas, embora isso possa ser apenas uma coincidência cósmica.
Até que essa teoria apresente evidências e previsões mais convincentes além da nossa compreensão atual da física, não precisamos entrar em uma crise existencial, seja como objetos tridimensionais no espaço-tempo convencional ou como projeções holográficas de um limite bidimensional dentro de um Universo maior.
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