Poplawski…no “Berço escuro do Tempo”

“No Cosmos…não apenas o futuro está indeterminado…como também o passado.              Ao mergulhamos no tempo, em busca de nossa origem – observações selecionam          uma – entre as muitas histórias quânticas possíveis para o universo – que parece              emergir, fundamentalmente, como um lugar interativo ao extremo”. (J. Wheeler)

circles-early-universe-background-radiation-penrose

Das inúmeras expressões que a linguagem científica toma emprestado do coloquial – talvez… buraco negro‘…  seja das mais felizes…pois reproduz — na mais absoluta precisão… seu ‘obscuro‘ significado físico:

“objeto astronômico tão denso e massivo,     que a sua atração gravitacional exercida… engole tudo em volta — até mesmo a luz”.

Uma teoria recentemente ressuscitada…com certos aprimoramentos…propõe que esses sorvedouros cósmicos podem parar de se contrair, para então…violentamente expandir, dando origem a outros universoscomo o nosso. – Se os modelos e equações do físico teórico polonês Nikodem Poplawski estiverem corretos…sua explicação contribuiria para desvendar um dos maiores mistérios físicos: “O que causou o início do Universo?”

Não é de hoje que buracos negros suscitam polêmica. A ideia de uma imensa mancha negra no Universo começou a ser discutida ainda no século 18, mas o termo foi aplicado, pela 1ª vez, dois séculos depois… – O criador da expressão é o astrofísico John Wheeler, que – no entanto, não assume a autoria completamente. Wheeler explicava que o termo ‘buraco negro’ teria surgido durante uma aula no final da década de 60…quando algum estudante soltou essa expressão… – enquanto ele falava sobre… “estrelas em colapso.  Seu conceito físico tem sido debatido por teóricos célebres como Stephen Hawking,    que aliás, foi quem descobriu que os BNs não são totalmente negros podendo emitir radiação (“Hawking”). – Além disso…sua relação com a origem do Universo – também começou a ser especulada pela ciência há algumas décadasquando, por exemplo, Raj Pathria, físico indiano, criou um modelo, tratando nosso universo como ‘buraco negro’.

O conceito foi aprimorado…por cientistas que vieram depois,                                                como John Richard Gott, que em 1998, publicou uma teoria                                              relacionando a origem dos ‘buracos negros‘ à do Universo.

DENTRO DO BURACO

Recentemente…um jovem cientista sacudiu     a comunidade internacional de cosmólogos.   Em 2 estudos publicados neste ano, o físico polonês Nikodem Poplawski afirma que, um enorme buraco negroque parou de se contrair, para se expandir – violentamente, teria dado origem a este Universo — o qual, por sua vez, se encontra dentro dele…Aliás, essa nova concepção de ‘criação do espaço’, assim explicaria por que o tempo corre em apenas uma direção – a “seta do tempo“.

Filho de artistas, nascido em Torun, mesma cidade natal do cientista matemático do século 15 Nicolau Copérnico…divulgador da ‘teoria heliocêtrica‘, ao afirmar que a        Terra gira em volta do Sol, e não o contrário, Poplawski começou a se interessar por “ciências exatas”…como química e física, quando ainda era criança. Hoje (out/2010)        faz pós-doutorado na Universidade de Indiana, EUA. Seus artigos foram publicados            na “Physics Letters B”, e… – a seguir (nov/2010)… no ARXIV da ‘Cornell University’.

No ‘Arxiv’ — o artigo do polonês já rendia cerca de 200 extensos comentários…mais textos e indicações de leitura de cientistas que interagiam entre si… e criavam novas perguntas – todascom cunho científico.  O Arxiv é uma espécie de ‘espaço virtual’ de debate entre, de graduandos, até altos escalões do meio acadêmico. Em especial nas áreas experimentais…tipo Física, sua publicação é muito mais ágil…do que em revistas científicas padrões cujo processo de aprovação do artigopode levar anos.

A ideia proposta por Poplawski nessas 2 publicações complementa… de                              certa forma, a teoria do ‘Big Bang‘, se considerarmos que esta apenas                                se refere à evolução cósmica – enquanto a de Poplawski…à sua origem.

Para os críticos da ideia do Big Bang como origem de tudo… a simples identificação de um momento como o “começo” do Universo é uma proposta irracional… No Brasil, um desses críticos é o físico, pesquisador, e professor emérito do “Instituto Brasileiro de Cosmologia, Relatividade e Astrofísica” do CBPF (“Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas”)…do Rio de Janeiro, Mario Novello… autor, inclusive, do livro Do Big Bang ao Universo Eterno“.

zahar_big_bang_univ_eterno

Para Novello… caso existisse um “começo singular“, o Universo não admitiria uma explicação racional para toda sua história. – Afinal, trata-se de um contexto em que, por exemplo, há uma temperatura infinita, e uma densidade infinita…Logo, se não é possível quantificar o  infinito… por consequência a teoria não daria conta da explicação do fenômeno… Conforme suas palavras:

“Nesse caso, a ciência moderna que se iniciou lá atrás, com Copérnico, Tycho Brahe, Galileu Galilei, e outros astrônomos… – já teria chegado…ao seu próprio fim”.

Mas, o certo…é que a cosmologia está longe de chegar ao seu limite… – sendo, inclusive…uma ciência recém institucionalizada. No Brasil, por exemplo, o Instituto Brasileiro de Cosmologia foi criado em 2003, sob o nariz torto da Sociedade Brasileira de Física. Vários países ainda sem seus institutos, seguiram a trajetória tupiniquim, como Índia, Canadá, França e Rússia. Agora com laboratórios próprios, cosmólogos do mundo inteiro projetam ‘modelos matemáticos’ — explicando (p. ex.) como surgiu este Universo.

tempocósmico

O BURACO NEGRO PRIMORDIAL

A física diz que um buraco negro é gerado por uma estrela que se contraiu. Todas as estrelas (astros que emitem luz própria)  precisam de combustível para se manter — no caso do Sol, hidrogênio – que por ‘fusão nuclear‘ – se transforma em hélio. Quando o combustível da estrela acaba ela começa a se contrair pela ação de sua própria “gravidade”… Se a massa dessa estrela for muito grande (um ‘campo gravitacional’ intenso) não há mecanismo conhecido para deter sua contração. Nesse caso…o colapso culmina num ‘buraco negro‘. 

Segundo Poplawski, o buraco negro, no seu limite de contração (horizonte de eventos), teria uma expansão rápida e daria origem a um Universo. Assim, esse Universo estaria dentro de um imenso ‘buraco negro’, que se expandiu exponencialmente ao fim de sua contração. (Refinando a teoria, a massa inicial do “nosso buraco negro”… seria de 10³² massas solares. Nosso universo era uma estrela vivendo no interior de outro universo.)

As explicações físicas para buracos negros que têm campos gravitacionais muito intensos são complexas. A lei da gravitação de Isaac Newton…do século 17, por exemplo…não é suficiente para esclarecer esses corpos. – Entram em cena então, as famosas equações de Albert Einstein, propostas em 1915, sem as quais não é possível tentar descrever o que acontece com um ‘buraco negro’. (Poplawski apropriou-se amplamente dessas equações)wormehole

Em outras palavras…cada Universo se formaria dentro de buracos negros, que podendo possuir estrelas hipermassivas… – estas… altamente contraídas, dariam origem a novos buracos negros…geradores de novos Universos…Há, porém, uma limitação da teoria de Einstein, na pressuposição de um… “campo gravitacional infinito… – Como assim  nos explica Roberto Belisário, físico da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp):

            “Afinal…não podem haver quantidades infinitas na natureza”.

Como a descrição de Einstein portanto, não é completa, é preciso também levar em conta  a mecânica quântica, que desde o início do século 20 fornece descrições mais precisas sobre “sistemas microscópicos” – na tentativa de explicar … “fenômenos macroscópicos”.

'Modelo de Dirac'SETA DO TEMPO/SAINDO DO BURACO

A excêntrica ‘teoria de Poplawski de que o universo estaria dentro de um Buraco Negro vai além de uma simples inspiração sobre a origem    do universo. – Ela também…tenta explicar uma das maiores inquietações da humanidade, que  invariavelmente serve de pano de fundopara      a ficção científica por que o tempo só anda para frente?”. A ideia da seta temporal apenas numa direção  (positiva)  de modo a tornar impossível voltar no tempo, e refazer o passado    (só viajando pelo espaço), seria uma espécie de herança do universo-filho, herdada do BN-mãe.

Universos filhos herdariam propriedades como o sentido do tempo se mantendo em assimetria. E como o buraco negro (por bilhões de anos) se expande numa única direção, no universo filho também só seria possível viajar rumo a um único lugar…o futuro. – A possibilidade de identificar essas… ‘propriedades’… – transmitidas…”de mãe para filho”, representaria uma prova experimental da ideia de Poplawski…Todavia, ao que parece, a proposta do autor não foi construir uma teoria testável. Para isso, sua teoria precisaria ser aperfeiçoada, de modo a incluir fenômenos observáveis…e mensuráveis. (texto base) **********************************************************************************

stargridFlutuações Quânticas (novo Paradigma)

Cientistas da ‘Penn State University’ (EUA) desenvolveram um novo “paradigma” para compreender as primeiras “eras históricas”  do universo…usando técnicas de uma área da física moderna chamada – “cosmologia quântica” – incluindo a física quântica em suas análisese simulações cosmológicas.

O novo paradigma mostra – pela primeira vez…que as estruturas em larga escala que hoje observamos no universo, podem ter evoluído de flutuações fundamentais da natureza quântica essencial do “espaço-tempo” existentes no início do universo, mais de 14 bilhões de anos atrás… como assim comentou o físico Abhay Ashtekar…principal autor do estudo:

“Sempre queremos entender mais sobre a origem e evolução do universo. Por isso, é um momento emocionante para todos nós começar a usar este novo paradigma para compreender com mais detalhes a dinâmica entre matéria e geometria, nos primórdios do universo — incluindo seu início”.

O novo paradigma fornece um quadro conceitual e matemático para descrever a exótica geometria da mecânica quântica do espaçotempo no início do universo, mostrando que, nesta época, o universo era tão inimaginavelmente denso que o seu comportamento era governado não pela física clássica da relatividade geral de Einstein, mas por uma teoria ainda mais fundamental, também incorporando em si uma “virtual” dinâmica quântica.    A densidade da matéria era de 1094 gramas por centímetro cúbico … comparando com a densidade de um núcleo atômico de 1014 gramas/cm³. Neste ambiente quântico bizarro    no qual se fala somente em probabilidades de eventos, e não certezasas propriedades físicas eram bem diferentes das de hoje…destacando-se aí…o conceito de tempo, além        da mudança dinâmica em vários sistemas – ao experimentarem a “geometria quântica”.

RCFM.jpgObservatórios espaciais…não conseguem detetar eventos ocorridos há muito tempo, e muito longe… como as épocas iniciais do universo descritas pelo novo “paradigma”. Mas alguns chegaram perto. – A ‘CMB’, já detetada foi emitida quando o Universo experimentava só…380 mil anos de idade.

Observações da radiação de fundo cósmico mostram que o universo teve uma consistência predominantemente uniforme após a ‘inflação‘, com exceção de algumas regiões, que eram mais densas…e de outras – que eram menos…Mas, o paradigma padrão inflacionário para descrever o universo primordial, que utiliza as equações da física clássica de Einstein, trata do espaço-tempo como contínuo. – Como assim explicou Ivan Agulloco-autor do estudo:

“O paradigma inflacionário goza de notável sucesso em explicar as características observadas da radiação cósmica de fundo. Entretanto, tal modelo está incompleto.        Ele mantém a ideia de que o universo explodiu – do Nada…em um Big Bang, o que resulta da incapacidade da ‘relatividade geral’ – em descrever situações extremas.            Nesse sentido, é preciso uma ‘teoria quântica da gravidade’ para capturar – além          das teorias de Einstein… – a verdadeira física… subjacente à origem do universo”.

novo.paradigma

Esta imagem é um gráfico dos espectros de potência no fundo cósmico de microondas (CMB) previsto na Cosmologia Quântica de Loop e no Cenário Inflacionário Padrão. Os dois espectros diferentes são contrastados neste gráfico, que mostra esta relação em função de k, a frequência das flutuações no fundo de microondas cósmica. Para muitos dos parâmetros, os números de onda observáveis k são maiores que 9, e as duas predições são indistinguíveis. Para uma janela estreita de parâmetros, k observável pode ser menor que 9. – Então, nesse caso, as duas predições diferem. – Ambos os casos estão de acordo com os dados atualmente disponíveis, mas observações futuras devem ser capazes de distinguir entre eles. [Penn State]

Os pesquisadores já tinham trabalhado anteriormente numa “atualização” do conceito  “Big Bang”, para o intrigante conceito “Big Bounce”…que teoriza sobre a possibilidade      do nosso universo não ter surgido “do Nada”, mas…a partir de uma ‘supercomprimida’ massa de matéria/energia…que, anteriormente…pode ter tido uma história própria.  Mesmo que as propriedades da mecânica quântica no início do universo fossem muito diferentes das condições físicas clássicas após a inflação… a nova conquista dos físicos      da “Penn State” revela uma conexão surpreendente entre os dois (“Bigs”) paradigmas:

Quando cientistas usaram a ‘teoria inflacionária‘, juntamente com equações de Einstein, para modelar a evolução de áreas mais ou menos densas, espalhadas pela CMB (radiação cósmica de fundo), descobriram que tais irregularidades serviram como sementes‘…que evoluíram no tempo para aglomerados de galáxias, e outras grandes estruturas vistas no universo hoje. Contudo…ao usarem seu novo paradigma cósmico, com suas equações quânticas (‘Gravidade Quântica em Loop‘), descobriram que flutuações fundamentais na natureza do espaço no Big Bounce, evoluíram para se tornar as estruturas vistas na CMB.

De acordo com o novo trabalho as condições iniciais do universo, logicamente, levaram à estrutura em larga escala que observamos hoje…Além disso, o novo paradigma ‘empurra’ para trás a gênese da estrutura cósmica… – da “época inflacionária”… até o “Big Bounce”, cobrindo cerca de 11 ordens de magnitude na densidade de matéria… e curvatura espaço-tempo. Os pesquisadores, ao reduzirem para certos parâmetros as condições iniciais que poderiam existir então, descobriram que a evolução dessas “condições iniciais” concorda plenamente com as observações da…”radiação cósmica de fundo”. nov/2012 (texto base*********************************************************************************

p/consulta: ‘O Formato dos Buracos Negros’ (dez/2008) # ‘Universo-dentro-buraco-minhoca’ # ‘Our universe within larger universe’ (abr/2010) # Cosmology with torsion  (jul/2010) # O que havia antes do ‘Big Bang’? (mar/2011) # Em cada BN, um Universo inteiro Every-black-hole-a-new-universe (mai/2012) Interações Dinâmicas (abr/2018) ******************************(texto complementar)******************************

Matemáticos contestam conjectura sobre buracos negros (maio/2018)                  Matemáticos refutaram a conjectura da censura cósmica forte… uma das questões mais importantes da relatividade geral; mudando a forma de se pensar sobre o espaçotempo.

CauchyHorizonQuase 60 anos…após ter sido proposta, matemáticos resolveram uma das mais profundas questões…sobre o estudo da relatividade geral. Em artigo publicado online, Mihalis Dafermos e Jonathan Luk provaram que, no funcionamento interno bizarro dos BNs a conjectura da censura cósmica forte…é falsa.

A conjectura da censura cósmica forte foi proposta em 1979 pelo físico Roger Penrose. Foi concebido como uma maneira de sair de uma armadilha. Por décadas, a teoria de Einstein da “relatividade geral“…reinou como a melhor descrição científicados fenômenos de larga escala no universo. Todavia, avanços matemáticos nos anos 60 mostraram que estas equações relativísticas se tornam inconsistentes…quando aplicadas a “buracos negros“.

Penrose acreditava que, se sua conjectura forte fosse verdadeira, essa falta de previsibilidade poderia ser desconsiderada, como uma novidade matemática,              deixando de ser vista como uma “declaração sincera” … sobre o mundo físico.                  Este novo trabalho bate de frente com o sonho de Penrose. Ao mesmo tempo,                entrementes – cumpre a ambição de mostrar que sua ‘intuição‘ sobre a física                dentro dos ‘buracos negros’ estava correta… – mas não pela razão suspeitada.

Pecado capital da relatividade

Na física clássica, o universo é previsível…conhecendo as leis que governam um sistema físico, bem como seu estado inicial…podemos rastrear sua evolução indefinidamente no futuro. E isso é válido, se usarmos as ‘leis de Newton’ no espaço euclidiano; as equações      de Maxwell…em um campo eletromagnético; ou a relatividade geral… – para prever sua evolução no espaçotempo. Este é o princípio básico de toda física clássica…que remonta      à mecânica newtoniana. Determinamos a evolução do sistema a partir de dados iniciais.

Mas, nos anos 60…os matemáticos encontraram um cenário físico no qual as equações de campo de Einstein – que formam o núcleo de sua teoria da relatividade geral – deixam de descrever um universo previsível. — Matemáticos e físicos notaram que algo deu errado… quando modelaram a evolução do “espaçotempo” dentro de um buraco negro em rotação. Mathematicians Disprove Conjecture Made to Save Black Holes

Para entender o que deu errado, imagine-se caindo no buraco negro. Primeiro você cruza o horizonte de eventos – o ponto sem retorno (embora para você pareça um espaço comum). Aqui as equações de Einstein ainda funcionam como deveriam – fornecendo uma previsão determinista única de como o espaço-tempo evoluirá no futuro… Mas… à medida que você continua viajando pelo buraco negro, acaba passando por outro horizonte, mais conhecido como “horizonte de Cauchy” — onde as coisas ficam malucas…As equações de Einstein começam a indicar… – que muitas configurações diferentes do ‘espaçotempo’ poderiam se desdobrar…mas, com todas satisfazendo as equações. Assim, pois… – a teoria não poderia nos dizer qual opção é a verdadeira. – Para uma teoria física, isso é um “pecado capital“.

“A perda da previsibilidade que tínhamos encontrado na relatividade geral, foi perturbadora” (Eric Poisson, físico da Universidade de Guelph, Canadá)

Roger Penrose propôs a conjectura da censura cósmica forte com o intuito de restaurar a previsibilidade das equações de Einstein. – A conjectura diz que o horizonte de Cauchy é uma invenção do pensamento matemático. Pode existir num cenário idealizado…em que    o universo não contém nada além de um único “buraco negro rotativo”… mas, não é real.    A razão, Penrose argumentou, é que o horizonte de Cauchy é instável… – qualquer onda gravitacional passageira deveria colapsá-lo em uma ‘singularidade. Como essas ondas atuam no universo real – um horizonte de Cauchy nunca ocorreria na natureza.  Como explicou Dafermos“É sem sentido perguntarmos o que poderia acontecer com o espaçotempo além do horizonte de Cauchy…pois este, como considerado na relatividade geral, não existiria mais”. Mas este novo trabalho mostra que – o limite ao espaçotempo, estabelecido pelo ‘horizonte de Cauchy’ é bem menos singular do que Penrose imaginou.

Atravessando um “buraco negro”

Dafermos e Luk, matemático da Stanford University … provaram que a situação no ‘horizonte de Cauchy‘…não é tão simples. Refutando a declaração de Penrose sobre a conjectura da…”censura cósmica forte”, mas não negando totalmente seu sentido, eles provaram que o horizonte de Cauchy pode de fato formar uma “singularidade”, mas não do tipo Penrose. Para Dafermos:

“Esta nova singularidade é semelhante à luzOnde se esperava uma singularidade (espacial) forte, essa forma mais fraca…afeta o tecido do espaçotempo – mas não o            divide. Nosso teorema implica que observadores cruzando o ‘horizonte de Cauchy’          podem sentir um aperto… – mas não são…dilacerados…por suas forças de marés”.

Como a singularidade que se forma no horizonte de Cauchy é, na verdade, mais branda do que o previsto pela conjectura forte da censura cósmica…a teoria da relatividade geral não é imediatamente refutada na análise do que acontece dentro dela. – “Faz sentido definir o horizonte de Cauchy por ser ainda possível estender continuamente o espaçotempo além”, disse Harvey Reall, físico da Universidade de Cambridge… — Dafermos e Luk provam que o espaçotempo se estende para além do horizonte de Cauchy…e também que a partir do mesmo ponto de partida – pode se estender de várias modos…“havendo muitas extensões que se pode oferecer … sem uma boa razão para se preferir uma à outra”disse Dafermos.

No entanto…e aqui está a sutileza em seu trabalho…essas extensões não-únicas do espaçotempo não significam que as equações de Einstein se desviem do horizonte.

As equações de Einstein funcionam quantificando como o espaçotempo muda, ao longo do tempo. Em linguagem matemática… são derivados de uma “configuração inicial”. Para que seja possível obter uma derivada… o espaçotempo deve ser suficientemente “suave” – livre de saltos descontínuos. Dafermos e Luk mostram que, enquanto espaçotempo existir além do “horizonte de Cauchy” … seu prolongamento não é suave o suficiente para satisfazer as equações de Einstein. Assim, mesmo com a ‘censura cósmica’ forte provada como falsa, as equações ainda são poupadas da ‘infâmia’ de produzir soluções variadas. E Reall concluiu:

“Faz sentido falar do horizonte de Cauchy, em termos de uma solução            das equações de Einstein – no entanto… não se pode ir além. E foram oferecidas evidências bastante convincentes… de que isso é verdade.”

Podemos pensar nesse resultado como um compromisso desapontador…mesmo que fosse possível estender o espaço-tempo além do “horizonte de Cauchy”, as equações de Einstein não podem ser resolvidas… Mas, é precisamente o fato desse “meio termo” parecer existir, que faz com que o trabalho de Dafermos e Luk se torne assim tão interessante: “Eles estão descobrindo um novo fenômeno nas equações de Einstein”, disse Rodnianski. (texto base************************************************************************************

‘Relatividade geral’ e ‘determinismo’no interior de BNs (maio/2018)                    Marc Casals, pesquisador adjunto do ‘Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas’,                comenta recente artigo…sobre se (ou não), sob certas condições, a ‘teoria da relatividade geral‘ viola o ‘determinismo’ no interior de buracos negros“.

BN-casals-headMatematicamente, buracos negros são soluções…das equações propostas pelo físico Albert Einstein, em sua teoria da relatividade geral de 1915. Tais objetos astrofísicos são tão densos … que nada (nem mesmo a luz) pode deles escapar. Mas o que será que acontece dentro de um desses tais “buracos negros”?

Se ele tem carga elétrica e/ou está em rotação, então possui uma região interior onde as equações de Einstein não são determinísticas… – Isto é…se um observador pudesse entrar nessa região…não poderia explicar cientificamente a evolução de sistemas físicos que estivesse observando. A princípio, essa falha no determinismo é um problema, pois, podemos prever o futuro de umsistema físico‘…na prática…apenas supondo conhecer tudo sobre o estado desse sistema, num dado instante. Buracos negros, no entanto, não existem isolados no universo…ao redor deles há, por exemplo, campos de matéria…’luz’ (campo eletromagnético), ‘ondas gravitacionais’ (campo gravitacional) etc. Portanto…a questão realmente importante…é saber se na presença desses campos, ‘buracos negros’ continuam tendo essa região “não determinística” dentro deles. Ou, se…ao contrário, esses campos de matéria são suficientemente fortespara ‘despedaçar’ essa região, assegurando o “determinismo”, mesmo no interior desses bizarros objetos astrofísicos.

penrose_schw“Censura cósmica”

O matemático britânico Roger Penrose, da Universidade de Oxford, formulou a famosa hipótese da…censura cósmica“.  Segundo a ‘versão fraca’ dessa hipótese, de 1969… as ‘equações de Einstein’ não permitem que a natureza tenha regiões ‘não determinísticas’, a menos que elas estejam dentro de um buraco negro…Assim, nós ‒ que somos observadores externos a eles, não conseguiríamos observar os efeitos dessas estranhas regiões … mesmo que existissem.

Dez anos depois, Penrose formulou a “versão forte” da ‘censura cósmica’… “regiões não determinísticas não deveriam existir em lugar algum da natureza…nem mesmo dentro de buracos negros”. – Porém, a censura cósmica…em nenhuma destas versões…até agora foi provada; continuando assim apenas uma hipótese, ainda que consideravelmente razoável.

Um artigo publicado recentemente no “Physical Review Letters” vislumbra a possibilidade de violação da versão forte da ‘censura cósmica‘. Os autores…Vitor Cardoso, João Costa, Kyriakos Destounis, Peter Hintz e Aron Jansen estudaram o caso de um buraco negro com carga elétrica, mas sem rotação…incluindo um campo escalar externo…se ‘diluindo’ com o tempo (parte dele se afasta até o infinito, e outra parte penetra o buraco negro); que serve de modelo para campos mais realistas… — como os “eletromagnético”…ou “gravitacional”.  A parte que entra no buraco negro sofre um “blueshift(cresce sua frequência e energia) até chegar ao horizonte de Cauchy (fronteira da região não determinística). Até o instante da entrada, o campo é enfraquecido pela diluição sofrida fora do buraco negro. Mas, por conta do blueshift, ele passa a crescer – do momento que penetra o ‘buraco negro’até chegar ao horizonte de Cauchy. É possível que nessa hora, o campo seja forte o bastante, para ‘despedaçar’ essa fronteira — e… por conseguinte – toda “região não determinística”.

Se isso acontecer, a versão forte de censura cósmica seria mantida; ou seja, não haveria região não determinística em região alguma do Universo… Todavia, se o campo não for suficientemente forte para despedaçar tal horizonte…a versão forte da censura cósmica seria violada. – Trata-se portanto, de uma “luta” entre a diluição – que o campo sofre fora do “buraco negro” e o “blueshift“, pelo qual o campo passa dentro do seu interior.  No caso de um buraco negro…num universo com constante cosmológica nula, é sabido    que o campo no horizonte de Cauchy é forte o bastante, para impedir a continuação do espaçotempo como solução das equações de Einstein, e portanto, a censura cósmica se manteria. Mas ao considerar uma expansão cósmica acelerada (constante cosmológica positiva)…não se sabe se o campo seria suficientemente forte no ‘horizonte de Cauchy’.

O artigo já mencionado, estuda esse caso concreto…um ‘buraco negro’ com ‘carga elétrica’, sem rotação com ‘campo escalar’,  num universo com…”constante cosmológica”…positiva. Nele, é mostrado numericamente, que há valores da carga elétrica e constante cosmológica, para os quais o… campo escalar… no  horizonte Cauchy não impede  a continuação do espaçotempo, então, aí representado — como uma “solução relativística”.

Isso significa que dentro desse tipo de buraco negro, as equações de Einstein permitem ao campo evoluir de uma forma não única – levando assim…a uma falha do determinismo na relatividade geral… e à existência de uma região não determinística. Contudo, é necessário considerar esses resultadoscom ressalvas… – Primeiramente… eles consideram buracos negros sem rotação, enquanto aqueles ‘normais’ têm rotação (e carga elétrica desprezível). Além disso…como já visto, os campos mais realistas são o eletromagnético…e sobretudo o gravitacional, em vez do escalar. E por fim, tais resultados só consideram ‘efeitos lineares’ como aproximação, para “resultados não lineares” das equações de Einstein. (texto base**********************************************************************************

‘Desentranhando’ informações num buraco negro (março/2019)                              “Na física quântica… informações não podem ser perdidas… mas podem                               ser ocultas – emaranhadas entre indissociáveis partículas subatômicas”.

black holeBuracos negros são monstros gravitacionais … espremendo gás e poeira cósmica. A física moderna — determina, nesse casoque essas informações se percam para sempre. Mas, um ‘novo experimento’ usa a ‘mecânica quântica’ p/ obter ideias…sobre – como seria o interior de um buraco negro.

Kevin Landsman, estudante de física do “Joint Quantum Institute”…da Universidade de Maryland/EUA e os físicos Beni Yoshida, “Perimeter Institute”…Canadá, e Norman Yao, da “Universidade da Califórnia”Berkeley — propuseram uma maneira de se distinguir informações quânticas emaranhadas – de um barulho caótico – mostrando que podiam medir quando e com que rapidez…informações se emaranhavam, dentro de um modelo simplificado de um buraco negro, fornecendo assim a possibilidade de uma… “espiada”, nessas impenetráveis entidades. Esse novo método de analisar o ‘emaranhado quântico‘ nos diria então, como o Universo ainda pode se manter no…”controle” – apesar da falta      de informação dessas partículas, que aparentemente, desaparecem nos ‘buracos negros‘.   

Buracos negros, no caso…estelares, são objetos infinitamente densos, formados a partir      do colapso de uma estrela gigante, que se tornou “supernova”. Por causa de sua atração gravitacional intensao material circundante que desaparece atrás do que é conhecido como horizonte de eventos…se torna um ponto sem retorno, pois nada, incluindo a luz,    de lá pode escapar. Isso então…justifica a grande importância da pesquisa em “estados quânticos” de buracos negros. – E nesse sentido, na década de 1970, Stephen Hawking conseguiu mostrar…segundo leis da mecânica quântica…que os buracos negros podem encolher ao longo do tempo… – quando pares de partículas virtuais, espontaneamente, surgem à beira de seu horizonte de eventos. Isso se dá… quando uma dessas partículas      cai no buraco negro, enquanto a outra fica de fora, roubando uma quantidade mínima      de energia no processo. Em escalas de tempo cosmológicas, essa energia descontada é suficiente para que o BN evapore…num processo conhecido comoradiação Hawking“.

Mas, há um dilema escondido no interior infinitamente denso do… “buraco negro”. A mecânica quântica assegura que, todas informações sobre uma partícula: massa, momento… temperatura… nunca podem ser destruídas. As regras da relatividade, afirmam também…que uma partícula ao ultrapassar o ‘horizonte de eventos’… de um BN, se une dentro dele, a um tipo de “condensado“, de onde então, nenhuma informação conseguiria ser ‘recuperada’.

As tentativas de resolver esses incompatíveis requisitos físico-teóricos, não tiveram êxito até o momento; num problema que os teóricos chamam deparadoxo da informaçãodo buraco negro Todavia, nesse novo experimento, Landsman e colegas mostraram como obter alguma resposta…usando a partícula do par virtual que sai do BN (como “radiação Hawking”). – Por estar emaranhada com a outra capturada – tendo portanto seu estado, inextricavelmente ligado ao dela, medir as propriedades de uma, pode fornecer detalhes importantes sobre a outra, recuperando assim informações importantes lançadas no BN.

As partículas dentro de um ‘buraco negro’ tiveram todas suas informações quânticas “mecanicamente embaralhadas”, ou seja, misturadas caoticamente de um modo que tornaria impossível a extração. Mas uma partícula emaranhada ao se misturar neste sistema pode potencialmente passar informações ao seu parceiro de fora. Fazer isso      para um buraco negro, na realidade, é irremediavelmente complicado. Assim, criou-          se um computador quântico para cálculosusando bits quânticos emaranhados, ou    qubits – unidade básica de informação usada na computação quântica…Eles então, montaram um modelo – com 3 núcleos atômicos emaranhados do elemento Itérbio.  Usando outro qubit externo, puderam dizer quando as 3 partículas se entrelaçaram          no sistema, e mediram esse grau de emaranhamento. – Seus cálculos mostraram           que tais partículas específicas ficam emaranhadas entre si, mais do que com outras partículas do ambiente. Embora a ideia em potencial prometa várias aplicações no            campo emergente da tecnologia quântica, seu maior retorno, seria para entender o            que se passa dentro dos paradoxais BNscomo assim explica o físico Irfan Siddiqi:

“No fundo, trata-se de um experimento de qubit…ou qutrit,                                                  mas o fato de podermos relacioná-lo à cosmologia, se dá por                                                  crermos que a dinâmica da informação quântica é a mesma”.

Partículas quânticas desvendando o interior de um Buraco Negro                    “Por ser um problema extremamente delicado, distinguir o que está de fato                      acontecendo num sistema quântico, se trata de uma conquista formidável”.

Uma questão de importância fundamental que deixa físicos perplexos, é a dificuldade em saber o que acontece com informações básicas que descrevem o estado de uma dada partícula…depois que ela atravessa o horizonte de eventos de um ‘buraco negro’.

Pegue um elétron…por exemplo, com carga, massa, momento, várias características que o tornam elétron – e não um quark…ou um neutrino… Graças à natureza da física quântica…sempre há ‘espaço de manobra’ na forma como esse elétron pode se arranjar em um sistema – portanto…as informações sobre seus diferentes estados estão sempre lá… Se esse elétron penetra em um buraco negro, e lá fica amontoado num espaço incrivelmente pequeno – desconectado do Universo por um funil ridiculamente íngreme do espaçotempo, fica difícil dizer o que acontece à informação que o codifica em seus estados passado e presente. No entanto…ao considerarmos o Universo, como um todo…”autossuficiente”… — é preciso manter seu “balancete energético” em dia.

Mas acontece que, nosso elétron…agora virtual…está tão envolvido com todos os outros quarks, múons e elétrons, que fica difícil dizer quem é quem nessa “salada mista”. – E a grande dúvida é saber se essas “informações iniciais” acabam se perdendo em um ruído aleatório…ou, são simplesmente reorganizadas, dentro do “buraco negro”… Nesse caso, para nossa satisfação inicial, há um nada convencional fio de esperança… Na década de 1970, o jovem Stephen Hawking sugeriu que deveria haver um ruído quântico na borda      do buraco negro, devido à separação ao nascer de algumas “partículas virtuais” gêmeas, com uma caindo dentro do…’buraco negro’ — e a outra escapando… — para a realidade.

Ninguém, pelo menos até hoje, de fato conseguiu registrar essa ‘radiação Hawking‘. Mas existe a possibilidade de que essa deteção, de uma forma indireta … ainda possa ocorrer.  Isso se justificaria pela brecha que as informações reflexivamente codificadas por essas partículas…ditas “emaranhadas” podem fornecer. Assim, dadas suficientes informações emaranhadas de partículas em fuga, o Universo teria de volta seu balancete equilibrado.  Mesmo para um buraco negro do tamanho do nosso Sol…o universo seria um lugar frio      e vazio, muito antes que as informações suficientes para descrever seu interior…fossem naturalmente divulgadas, tornando então, sua realidade, na melhor das hipóteses, uma possibilidade duvidosa. Esse período, no entanto, pode ser reduzido significativamente    se as informações que entram no ‘buraco negro’, se misturarem com rapidez suficiente.

“Poder-se-ia recuperar as informações lançadas no buraco negro          fazendo um cálculo quântico da massa desses fótons de Hawking.              Isto deve ser extremamente difícil – mas, para quem acredita na        mecânica quântica – a princípio… tudo é possível”, afirmou Yao.

entangled_black_hole.jpgCom tudo isso em mente, Yoshida e Yao propuseram um método experimental baseado em algo chamado funções de correlação atemporal. Essas funções comparam estados quânticos de uma partícula com base no tempo de certas mudanças. – A matemática envolvida é bem complicada, mas fornece informações sobre processos contábeis em curso, demonstrando dessa formauma maneira potencial de saber se a identidade de uma partícula é realmente indistinguível do caos, ou está simplesmente embaralhada.  Para testar a ideia, eles usaram um pequeno circuito para entrelaçar estados quânticos, constituído num punhado de partículas emaranhadas ainda não previamente medidas.

“Observar a maneira como as informações parecem se ‘teletransportar’                                entre as partículasuma vez medidas, nos diz bastante sobre o quanto                                  de suas informações estão meramente embaralhadas – e o quanto está                                  completamente perdido…no ruído. Com nosso protocolo, se você medir                                  uma ‘fidelidade de teletransporte’ alta o suficiente poderá confirmar                                    o ‘embaralhamento’como dentro do circuito quântico”, concluiu Yao.

Nesse teste a fidelidade foi de 80%… o que implica que metade dos estados ficou emaranhada, e a outra metade colapsa … de maneira irreversível… — Com efeito,              essa uma boa prova de conceitos…que podem levar a novas ferramentas no trato              com a delicada natureza dos sistemas quânticos, além de um dia talvez nos dizer                se o Universo está ciente do que está dentro dos ‘buracos negros’…Os resultados                do estudo publicado na Nature mostram como experimentos teóricos com BNs                poderiam sondar a mecânica quântica em sua essência; também sendo úteis, no desenvolvimento da computação quântica. (texto 1) (texto 2) (artigo original).  *************************************************************************

Origem do “Big Bang”: um “buraco negro” dentro de outro Universo                    A ideia de que vivemos dentro de um…“BN”…não é tão absurda quanto parece.            Buracos negros podem distorcer o espaço e o tempo a ponto destes invertem              seus papéis. Ao cair num BN…a dimensão radial (que corresponde à direção da singularidade) torna-se tempo … e a dimensão temporal se converte em espaço.

Na figura, o horizonte de eventos é abordado à medida que o viajante sobe na linha do mundo no diagrama. Quando o viajante desce, ele já ultrapassou o horizonte de eventos. Isso significa que o horizonte de eventos sempre estará além da borda do diagrama – não importa quanto o estendamos para cima. O diagrama também quebra com nossa ideia comum de “o tempo sobe – o espaço atravessa”. Dentro do horizonte de eventos, o tempo passa no sentido de que as linhas horizontais apontando para a singularidade são curvas do tempo direcionadas para o futuro.

As 2 previsões bem conhecidas para os BNs são que…de dentro de um horizonte                de eventos de buraco negro: (a) não se pode escapar, pois a saída corresponde a              uma velocidade superluminal (volta no tempo), e (b) a singularidade do ‘buraco            negro’ está em uma região do ‘tipo espaço’…que existe como uma barreira, onde            qualquer coisa que a atinja, se desintegra ao longo da extensão da singularidade.          Outra previsão é que…na queda…ao atingir a infinitamente densa singularidade                central do buraco negro (em seu futuro) as leis da física deixam de fazer sentido,                  e, portanto, ninguém sabe o que poderia acontecer. Talvez a teoria da gravidade      quântica possa explicar isso, mas, por enquanto, a suposição básica está voltada                    à ideia do Big Bang como resultado do colapso da matéria de um “pré-universo”.

A singularidade do arcaico buraco negro corresponde a um único ponto no espaço,          em relação ao universo anterior. Mas, devido à reversão de tempo e espaço para          aquele Universoesse ponto no espaço r = 0, se torna seu ponto inicial, no tempo                t = 0…Portanto…o que era uma singularidade no espaço, agora é singularidade no      tempo – tal como no “Big Bang”…Isso significa que qualquer matéria daquele pré- universo desaparecerá, emergindo no ponto inicial t = 0, totalmente emaranhada.      Sendo que, neste Big Bang, o que emerge não é apenas a matéria que estava lá, na formação daquele buraco negro, mas toda a matéria já caída nele Isso porque, o      tempo na singularidade do BN … é essencialmente ortogonal àquele tempo prévio.

A razão pela qual um“Universo arcaico” pode estar totalmente contido…dentro de um novo Universose reporta à estranha maneira como…tempo…e espaço…podem ser deformados, alongados, comprimidos e torcidos. Dessa forma, o que parecia ser um…beco sem saída – no centro de um “buraco negro”, pode, na verdade, ser um extraordinário caminho para acessar o mecanismo capaz de “dar partida” para o surgimento de (mais) um novo Universo.

É importante notar que essa forma de criação de universos é diferente da “Interpretação dos Muitos Mundos” da mecânica quântica – não há divisão constante de universos com base em “observações quânticas”. – Em vez disso, é um processo que ocorre por meio da formação de buracos negros, com cada universo essencialmente único, embora algumas características do universo anterior possam ser compartilhadas. Com efeito…há quem argumente que um processo de “seleção natural” pode ocorrer com tais universosuma vez que os únicos universos que podem se reproduzir são aqueles capazes de formar BN.    É também uma potencial aplicação do “princípio antrópico”, uma vez que cada universo teria distintas leis físicas (da mesma forma, apenas alguns planetas podem abrigar vida).

Pelo modelo padrão do Big Bang, o Universo, incluindo tempo, espaço e matéria, surgiu em um único ponto, há cerca de 13.8 bilhões de anos. — Segundo a “Relatividade Geral” (teoria da gravidade de Einstein), quando o tempo teve seu início, o espaço comprimido nesse ponto começou a se expandir…descarregando toda energia/matéria à medida que avançava. — Hoje, o processo de certa forma continua, e sabemos disso ao observarmos galáxias distantes, todas elas se afastando quanto mais distante a galáxia maior sua velocidade radial (‘Lei de Hubble’); de acordo com a ideia de um universo em expansão. Quanto mais espaço houver entre dois pontos – mais rápido eles podem se separar. – O exemplo conhecido disso é um conjunto de pontos em um balão…Encha o balão e todos      os pontos se separarão. Os pontos mais distantes, um do outro, se separam mais rápido.

O centro do universo onde o Big Bang aconteceu…é, para nós, não em qualquer lugar do espaço, mas em um ponto no tempo, t = 0. A analogia do balão é útil porque o centro do balão, não está em sua superfície. O espaço, portanto, é como a superfície do balão, com uma dimensão adicional, por isso são 3 dimensões espaciais, em vez de 2 O passado é como o interior do balão…Os “buracos negros”, por outro lado, têm seus centros em um ponto no espaço…r = 0 – em coordenadas centradas na ‘singularidade’ do buraco negro. 

A “assinatura métrica” do espaço-tempo na Relatividade Geral                            Uma das estranhas características da relatividade geral é sua capacidade                              de curvar tanto espaço quanto tempo … a ponto deles trocarem de papel.  

Métrica é a propriedade que descreve uma geometria – nos dizendo… no caso, como o espaço e o tempo se comportam,  e o que significam distâncias, entre dois pontos distintos. — Segundo a teoria da “Relatividade Geral” concentrações intensas de ‘energia/matéria’ distorcem    o espaço e o tempo, a ponto de mudar a assinatura métrica”…que poderiam significar, para diferentes observadores.

No caso de um observador fora de um buraco negro, a singularidade está em um ponto no espaço. Para um hipotético observador dentro do…“horizonte de eventos”…entretanto, o significado dos elementos da métrica espaço-tempo troca de lugar. Agora, dentro do BN, a singularidade está numa dimensão temporal, em algum momento pertencente ao futuro. A teoria então, sugere que…uma vez alcançada a singularidade, o observador entra em um novo universo onde o tempo na dita singularidade é o ponto inicial desse outro Universo. 

O problema do horizonte                                                                                                  Quando olhamos para as imagens do universo primitivo estudando o “Fundo                    Cósmico em Microondas” (CMB), o Universo parece ter sido homogeneizado.

O problema do horizonte é um problema com o modelo padrão da formação do Universo (Big Bang). A região sobre a qual se observa a homogeneidade do CMB é muito maior do que seria possível para uma causalidade comum, a qual é limitada pela velocidade da luz. A solução mais popular para o problema é a teoria inflacionária…pela qual o espaço se expandiu exponencialmente, carregando radiação e matéria consigo misturando tudo, tanto. Mas a inflação não resolve uma série de outros problemas, incluindo “flutuações iniciais“…”super-Planck scale“…”singularidade inicial“…ou o da “constante cosmológica“.

Como uma alternativa à “teoria inflacionária” o “problema do horizonte” poderia ser resolvido simplesmente considerando que a matéria que cai no BN tem bastante tempo para interagir com outra matéria que esteja ‘caindo conjuntamenteantes de atingir a ‘singularidade’…Embora isso ainda não esteja na contagem de tempo do novo universo, está no espaço de “quase-tempo” que existe em um horizonte de eventos intermediário.

O problema da “planitude”

Um segundo problema com o modelo padrão (BB) é chamado “problema de planura”. O universo parece, tanto quanto podemos dizer…completamente plano,  o que significa densidade de matéria…exatamente igual à quantidade crítica (=1); nem hiperbólico (<1)    o que significaria uma taxa crescente de expansão, nem esférico (> 1); o que seria “parar a expansão”, e entrar em “colapso”.

Para que o universo tenha exatamente a correta “densidade crítica” de matéria para ser plano, considera-se que seja formado por 3 tipos gerais de matéria/energia: 1) bariônica (interagindo com todas as forças)2) matéria escura (só interagindo com a gravidade), 3) energia escura, percebida pela “expansão acelerada” do universo – e explicada…pela “constante cosmológica” de Einstein…É de se supor que, para uma densidade total > 1o universo já teria colapsado, instantes após o “Big Bang”; e se fosse <1 a expansão cósmica teria sido tão rápida inicialmente – que as galáxias não teriam tempo nem para se formar.

Esse “problema da planura” então é resolvido conectando o “buraco negro interno”…ao chamado espaço de Sitter, que representa nosso universo, com uma quantidade infinita de tempo. Assim, o observador dentro do buraco negro, ao se aproximar da singularidade, emerge no espaço de Sitter, continuando aí por um tempo indeterminado. Acontece que a única solução que permite que um espaço de Sitter se conecte a um buraco negro, é plana. Dessa maneira, a “energia escura” não é propriamente uma forma de ‘energia da matéria’, mas sim, o resultado de uma “topologia espacial” (“formato”) herdada do “buraco negro”.

Paradoxo da informação do “BN”   A possibilidade de estar dentro de um buraco negro formador, pode também explicar o…“paradoxo da informação”.

A ‘teoria clássica’ sugere que quando a informação quântica…na forma de estados de partículas quânticas, cai no buraco negro, desaparece do universo. Nesse caso no entanto, a explicação se dá pela passagem entre os 2 universos.

No momento atual, o modelo… “Big Bang” – mesmo incluindo apenas aqueles aspectos que podemos demonstrar rigorosamente com experimentos e observações, é altamente problemático… Por outro lado, a hipótese de um “buraco negro formador” é uma teoria que pode se encaixar rigorosamente dentro dos limites da teoria da “relatividade geral”    de Einstein, dispensando assim a necessidade de uma nova Física…Além de justificar a origem do Big Bang, a nova teoria também explica vários outros problemas (inclusive        princípio antrópico), mas ainda está longe de uma demonstração empírica. (texto base

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em cosmologia, física e marcado , , . Guardar link permanente.

Uma resposta para Poplawski…no “Berço escuro do Tempo”

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Foto do Google

Você está comentando utilizando sua conta Google. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s