Investigando o centro de um buraco negro

Investigando o centro de um buraco negro

Nossos primeiros vislumbres da física que existe perto do centro de um buraco negro estão sendo viabilizados usando "loop quântico gravitacional" - uma teoria que usa a mecânica quântica para estender a física gravitacional além da teoria da relatividade geral de Einstein. Gravidade quântica em loop, originada na Penn State University e posteriormente desenvolvida por um grande número de cientistas em todo o mundo, está abrindo um novo paradigma na física moderna. A teoria emergiu como uma das principais candidatas a analisar fenômenos cosmológicos e astrofísicos extremos em partes do universo, como buracos negros, onde as equações da relatividade geral deixam de ser úteis.

Trabalhos anteriores em gravitação quântica em loop que foram altamente influentes no campo analisaram a natureza quântica do Big Bang, e agora dois novos trabalhos de Abhay Ashtekar e Javier Olmedo na Penn State e Parampreet Singh na Louisiana State University estendem esses resultados para interiores de buracos negros . Os artigos aparecem como "Sugestões dos editores" nas revistas Physical Review Letters e Physical Review de 10 de dezembro de 2018 e também foram destacados em um artigo da Viewpoint na revista Physics .

"A melhor teoria da gravidade que temos hoje é a relatividade geral, mas tem limitações", disse Ashtekar, Evan Pugh Professor de Física, titular da cadeira Eberly Family em Física, e diretor do Penn State Institute for Gravitation and the Cosmos. "Por exemplo, a relatividade geral prevê que há lugares no universo onde a gravidade se torna infinita e o espaço-tempo simplesmente termina. Nós nos referimos a esses lugares como" singularidades ". Mas mesmo Einstein concordou que essa limitação da relatividade geral resulta do fato de ignorar a mecânica quântica ".

No centro de um buraco negro, a gravidade é tão forte que, de acordo com a relatividade geral, o espaço-tempo torna-se tão extremamente curvo que, em última análise, a curvatura se torna infinita. Isso resulta em espaço-tempo com uma borda irregular, além do qual a física não existe mais - a singularidade. Outro exemplo de singularidade é o Big Bang. Perguntar o que aconteceu antes do Big Bang é uma questão sem sentido na relatividade geral, porque o espaço-tempo acaba, e não há antes. Mas as modificações nas equações de Einstein, que incorporaram a mecânica quântica através da gravidade quântica em loop, permitiram aos pesquisadores estender a física para além do Big Bang e fazer novas previsões. Os dois trabalhos recentes conseguiram o mesmo para a singularidade do buraco negro.

"A base da gravidade quântica de loop é a descoberta de Einstein de que a geometria do espaço-tempo não é apenas um estágio no qual os eventos cosmológicos são encenados, mas é uma entidade física que pode ser dobrada", disse Ashtekar. "Como uma entidade física, a geometria do espaço-tempo é composta de algumas unidades fundamentais, assim como a matéria é composta de átomos. Essas unidades de geometria - chamadas de 'excitações quânticas' - são ordens de magnitude menores do que podemos detectar. com a tecnologia de hoje, mas temos equações quânticas precisas que predizem seu comportamento, e um dos melhores lugares para procurar seus efeitos está no centro de um buraco negro ". De acordo com a relatividade geral, no centro de um buraco negro a gravidade se torna infinita, então tudo o que entra, incluindo as informações necessárias para cálculos físicos, é perdido. Isso leva ao célebre "paradoxo da informação" com o qual os físicos teóricos vêm lidando há mais de 40 anos. No entanto, as correções quânticas da gravidade em loop permitem uma força repulsiva que pode sobrecarregar até mesmo a força mais forte da gravidade clássica e, portanto, a física pode continuar existindo. Isso abre uma avenida para mostrar em detalhes que não há perda de informação no centro de um buraco negro, que os pesquisadores agora estão buscando.

Curiosamente, embora a gravidade quântica em loop continue a funcionar onde a relatividade geral se decompõe - as singularidades dos buracos negros, o Big Bang - suas previsões combinam com as da relatividade geral precisamente sob circunstâncias menos extremas, longe da singularidade. "É altamente não-trivial alcançar ambos", disse Singh, professor associado de física no estado de Louisiana. "De fato, vários pesquisadores exploraram a natureza quântica da singularidade do buraco negro na última década, mas ou a singularidade prevaleceu ou os mecanismos que a solucionaram desencadearam efeitos não naturais. Nosso novo trabalho está livre de todas essas limitações."

Artigo:

Abhay Ashtekar, Javier Olmedo, Parampreet Singh. Quantum Transfiguration of Kruskal Black Holes. Physical Review Letters, 2018; 121 (24) DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.241301

Fonte:

www.sciencedaily.com

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