Kip Thorne, e as singulares deformações do “espaçotempo”

Em certo sentido, a singularidade do interior do buraco negro é como a singularidade do início do universo, mas invertida no tempo. No ‘Big Bang’ tudo emerge da singularidade, enquanto o BN engole tudo. É como dar a volta no tempo da singularidade. (Kip Thorne)Navio-Vista-Parcial-ViajãoHomogeneidade sempre foi um tópico polêmico… – O universo em si pode ser muitas ordens de grandeza maior do que podemos observar, ou mesmo pode até ser infinitoO astrônomo Martin Rees compara nossa ‘visão cósmica‘, com olhar para o mar dentro de um navio…no meio do oceano. Quando olhamos para além das ondulações locais vemos um horizonte aparentemente infinito e indefinido… De um navio, o horizonte está só alguns quilômetros afastado, e o oceano pode prolongar-se por centenas de quilômetros antes que haja terra…Quando olhamos o espaço com nossos potentes telescópios, nosso alcance também está limitado… a uma distância finita. — Não importa o quão uniforme possa parecer, não podemos supor que continue para além de nosso alcance… — Assim, não é garantido que a… ‘homogeneidade’… prevaleça – em escalas muito maiores que o universo observável. — Podemos então defendê-la filosoficamente… mas não prová-la.

Modelo FLRW & Modelo Lambda-CDM                                                                                  ‘Precisamos ampliar nossa afinidade no espaço e tempo, para nos percebemos                parte de uma longa herança… e cultivarmos um futuro imenso.’ (Martin Rees)

O argumento principal dos cosmólogos adeptos do  modelo FLRW — é que o universo é homogêneo e isotrópico para grandes escalas. — Isto quer dizer que…ele aparenta ser o mesmo – em toda parte… e, em toda direção – a qualquer tempo cosmológico dado, havendoinclusive, uma forte evidência astronômica de que a distribuição das galáxias é razoavelmente homogênea e isotrópica, em escalas maiores do que algumas centenas de milhões de anos-luz. Em consequência, o elevado nível de isotropia da radiação cósmica de fundo é uma forte evidência para sua própria homogeneidade. – Todavia, o tamanho do universo observável é limitado… pela velocidade de luz… e, por sua idade cosmológica.

Lambda-CDM é a abreviatura utilizada para Lambda-Cold Dark Matter. – Representa o modelo de concordância da teoria “Big Bang“…que explica as observações cósmicas da ‘radiação de fundo em microondas’…assim como a estrutura do universo em larga escala, incluindo sua ‘aceleração expansiva‘ baseada em observações de ‘supernovas’.  A “aceleração da expansão” do universo foi detetada em 1998através de supernovas tipo Ia… – sendo constatado que essa expansão estaria em “velocidade crescente”; não mais sendo retardada pela… “atração gravitacional“… como se pensava, até então.

a) Λ (lambda) indica a constante cosmológica como parte de um termo da energia escura, que permite conhecer o valor atual da ‘aceleração da expansão do universo’…A constante cosmológica se descreve em termos de fração de densidade de energia… em um universo plano. – Hoje, equivale a 0.74… ou seja… 74% da densidade de energia atual do universo.

b) A ‘matéria escura fria‘ é um modelo ‘não termalizado’… e, não-bariônico… ou seja, sem colisões…Este componente abrange 26% da densidade de energia do atual universo. Os 4% restantes correspondem à toda matéria e energia que compõe os átomos e fótons, que constroem os planetas, as estrelas, nuvens de gás no universo, etc…ou seja, todos os componentes astronomicamente visíveis.

c) O modelo assume um espectro de ‘quase invariância de escala em perturbações primordiais’, e um universo sem curvatura espacialTambém assume que não tem nenhuma topologia observável… – de modo que o universo é muito maior do que o horizonte observável da partícula — conforme previsões de uma “inflação cósmica”.

O modelo ΛCDM é o modelo mais simples conhecido – estando…em acordo, com todas as observações.  Contudo… cosmólogos antecipam que estas presunções … não serão exatas, enquanto não se conhecer mais sobre a… física fundamental da energia/matéria escurase do ‘espectro primordial perturbativo’. Enquanto isso será apenas uma parametrização útil da ignorância.

E, nesse caso, uma das maiores dúvidas a ser respondida…é se haveria alguma relação entre o Big Bang e um Buraco Negro?… Mas essa pergunta pode ser desmembrada em outras 4…com diferentes respostas – e talvez a verdade seja ainda mais estranha!…

1)_Por que o universo, no início, não colapsou e formou um buraco negro?

Algumas pessoas…algumas vezes…acham difícil entender porque o “big bang não é um buraco negro. – Afinal, sabe-se que a ‘densidade cósmica da matéria’, em sua primeira fração de segundo, era muito mais elevada do que aquela encontrada em qualquer estrela, e…como é de se supor… – a matéria massiva curva fortemente o ‘espaçotempo’. Para essa massa, em tal densidade, a matéria deveria estar contida dentro de uma região menor do que oraio de Schwarzschild. – Entretanto, o “big bang” consegue evitar ser confinado dentro de um buraco negro de si próprio…pois, paradoxalmente, o espaço atual é mais plano…do que curvado… — Mas, como é… que então… – isto poderia acontecer? 

A resposta basicamente é que a matéria inicial do “big bang consegue se afastar entre si  — ao se expandir extremamente rápido; assumindo uma” taxa de expansão” decrescente. Dessa forma, tal “curvatura” pode vir das partes temporais da ‘métrica do espaçotempo’, definindo a desaceleração da expansão do universo se sua curvatura total se relacionar à “densidade da matéria”…Contudo, há uma contribuição à curvatura dada pela expansão.  Como consequência, o espaço pode ser plano, mesmo quando o ‘espaçotempo’ não o for.

Sendo a solução de Schwarzschild das equações gravitacionais estática,                          ela demonstra os limites inerentes a um corpo esférico em repouso, antes                        que este colapse em um buraco negro… Mas, o limite de Schwarzschild                        não se aplica à expansão (inicial) acelerada da matéria (no Big Bang).

2)_Qual é a diferença entre o modelo do Big Bang e um Buraco Negro?            Os modelos clássicos FLRW do “Big Bang” são diferentes de um “buraco branco”. Este teria um horizonte de eventos inverso ao do “Buraco Negro”. Nada pode              passar para dentro dele – assim como nada pode escapar de um “horizonte BN”.

Os modelos-padrão do “big bang” são soluções FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker)…que satisfazem as equações de campo da…relatividade geral — podendo descrever universos abertos, ou fechados todos eles com singularidades na origem do tempo, representando o big bang‘…Por outro lado…’buracos negros‘ também têm singularidade…Além disso, no caso do universo fechado…nenhuma luz pode escapar…que é a própria definição de buraco negro. Nesse caso entãoqual seria a ‘diferença’ entre um e outro?

A primeira diferença evidente é que a singularidade do Big Bang nos modelos FLRW se encontra no passado do cone de luz de todos os eventos no Universo, enquanto a singularidade do…’buraco negro‘, fica reservada ao tempo futuro.

O big bang portanto, é mais como um buraco branco, ou seja, o “reverso temporal” de um ‘buraco negro‘. Porém, segundo os conceitos clássicos da “relatividade geral”, os ‘buracos brancos’ não podem ser criados, pelas mesmas razões (reverso temporal) que os buracos negros não podem ser destruídos…No modelo FLRW, é fácil mostrar a diferença para uma solução clássica de buraco negro ou branco…através das “soluções estáticas” de Schwarzschild…ou das “soluções rotacionais” de Kerr…porém, uma demonstração específica da diferença entre um buraco negro e o buraco branco, é bem mais difícil. 

A diferença em questão, se dá pelo fato dos “modelos FLRW” não terem mesmo tipo de ‘horizonte de eventos’, para um buraco branco – ou buraco negro. Fora do horizonte de eventos de um White Hole‘, linhas de mundo‘ podem ser seguidas indefinidamente para trás no passado, nunca encontrando sua…”singularidade“…enquanto que numa ‘cosmologia BB’ todas “linhas de mundo” têm sua origem na própria ‘singularidade BB’.

3)_Poderia, então, ser o Big Bang um Buraco Negro (ou Branco)?                          Na resposta anterior foi somente demonstrado que o modelo padrão FLRW do big bang      é distinto de um buraco negro ou branco… Porém, sendo o universo FLRW diferente do ‘universo real’… poderíamos supor este – como um ‘buraco negro’ (ou ‘buraco branco’)?  

Sem querer entrar em detalhes a respeito de, se houve realmente uma singularidade, e supondo que a relatividade geral está efetivamente correta, tanto quanto nos interessa,       o argumento anterior contra a possibilidade do big bang ser um BN, continua válido.    Isso porque a singularidade do BN está sempre no futuro do ‘cone de luz’, enquanto as observações astronômicas indicam claramente um big bang“fervilhante” no passado.

http://cosmonovas.blogspot.com.br/2011/11/novos-dados-do-buraco-negro-cygnus-x-1.html

Entretanto… – tal possibilidade…ainda sobrevive. – Nesse caso então devemos perguntar, se há um modelo de ‘Buraco Branco’ para o universo tão consistente com as observações quanto os modelos FLRW. – Há quem pense… a princípio, que a resposta deva ser NÃO… porque “buracos brancos”… (assim como BNs) têm forças de maré que esticam e comprimem — em diversos sentidos… sendo pois, completamente diferentes do observado. Porém, por se aplicar somente ao espaçotempo de um BN…na ausência de matéria; este argumento não é conclusivo. 

Um modelo de buraco branco, que se ajustasse à observação do cosmos, para dar forma a um “buraco negro”, deveria ser – no tempo… o inverso de um ‘colapso estelar’ bastante estudado, desde 1939, quando numa aproximação, Oppenheimer e Snyder… definiram uma nuvem esférica de poeira…sem ‘pressão interna’…tão somente, sob o domínio da ‘gravidade’.

Ao construirmos um ‘modelo exato’ do colapso estelar, para qualquer solução FLRW, em uma estrela esférica, a uma solução de Schwarzschild … o espaçotempo dentro da estrela  permanece homogêneo e isotrópico durante todo colapso. – Assim, o ‘reverso temporal‘ deste modelo, para uma esfera de poeira em colapso…é idêntico aos modelos FLRW…se a esfera da poeira for maior do que o universo observável… – Nesse caso, não podemos descartar a excêntrica hipótese… do Universo ser um gigantesco ‘White Hole‘. 

4)_Ou seria o “Big Bang”ao mesmo tempoum Buraco Negro & Branco?  “Enquando você olha para dentro de um buraco, este olha dentro de você.” (Nietzsche)White-Hole

Temos de admitir que…desprezando as pré-condições de homogeneidade e isotropia – teremos muitos outros modelos cosmológicos possíveis … aí incluindo topologias não-triviais. Isto dificulta deduzir “dados concretos” de tais teorias… – Todavia, não inibiu alguns dos cosmólogos mais… “imaginativos”… de pensarem em tais “possibilidades”. 

Uma das propostas mais excitantes foi encaminhada em 1987 por C. Hellaby quando concebeu o universo sendo criado como uma sequência de grãos de buracos brancos,       em um determinado momento, explodindo e interagindo independentemente. Isto é totalmente descrito por uma única exata solução das equações da ‘relatividade geral’.    Entretanto, há um senão final na resposta desta pergunta…Foi sugerido por Stephen Hawking que, enquanto os efeitos quânticos estão sendo avaliados, a distinção entre buracos negros e brancos, não é tão clara quanto se possa parecer. Isto por causa da Radiação Hawkingque mostra que buracos negros podem irradiar matéria.

Um ‘buraco negro’ em equilíbrio térmico com a ‘radiação periférica’ deve                          ter simetria temporal, e nesse caso, seria igual a um buraco branco. Esta                        ideia é controversa… – mas, se verdadeira… o universo seria…ao mesmo                        tempo…um ‘buraco negro’… e um ‘buraco branco’. (texto original) (1997)  *********************************************************************

Kip Thorne … (Discover Interview)                                                                                            Apesar da seriedade de suas ideias, é também famoso por fazer apostas com seu velho  amigo Stephen Hawking – em questões sobre seu assunto favorito… “buracos negros”.

fisica1Um grande equívoco ainda hoje…é se dizer que um “buraco negro“…é feito de matéria compactada… – O que não é verdade. Buraco negro é feito de espaço/tempo distorcidos. Pode ter sido criado na “implosão” de uma estrela…onde a gravidade  se concentra tão fortemente…que nem mesmo a luz escapa… Porém, no centro do buraco… – não resta mais nada… – a não ser o “espaço-tempo”…infinitamente distorcido.

Assim como a Terra possui uma superfície rica em detalhes — do tipo montanhas…vales, oceanos, etc, um buraco negro é na verdade um objeto com uma estrutura interna muito complexa. Sua deformação espacial gira em torno da singularidade central, como o ar ao redor de um tornado. – Ao nos aproximamos da borda do buraco, chamada horizonte de eventos, o tempo passa cada vez mais devagar; para então fluir dentro do horizonte, em direção à singularidade central, arrastando tudo com o tempo…para sua total destruição.

Olhando de fora, o buraco negro curvará os raios de luz que passam por perto, distorcendo as imagens do céu… – Dessa maneira, veremos ao seu redor um brilhante anel de imagens altamente distorcidas do…”campo estelar“… – ou… do que quer que esteja por trás dele.

Qual a certeza sobre este modelo de buraco negro? Ele poderia estar errado?

É uma previsão direta das leis da relatividade geral de Einstein. Ondas gravitacionais nos darão mapas extremamente exatos de buracos negros; mapas de seu espaçotempo. Esses mapas deixarão claro se o que estamos lidando são buracos negros – como descritos pela relatividade geral… É extremamente improvável que eles sejam outra coisa, mas esse é o lado empolgante… – já erramos antes…Já tivemos enormes surpresas ao longo do tempo.

Nós temos evidências muito fortes bem no centro de nossa própria galáxia. Astrônomos observaram estrelas massivas caindo em direção a algum objeto central, o contornando, como um cometa em volta do sol, para depois se afastarem parabolicamente… Pesaram então o objeto central, medindo a intensidade do empuxo, e determinaram uma atração gravitacional de aproximadamente 3 milhões de sóis… Por ser uma região muito escura,   apenas se vendo fracas ‘ondas de rádio’ por lá… – quase certamente é um buraco negro.

E…quando os quasares foram descobertos – no início dos anos 60, óbvio que a fonte de energia    tinha que ser gravitacional pois até a ‘energia nuclear’, que alimenta as estrelas, não seria tão eficiente. A ideia dos quasares alimentados por acreção de matéria caindo em ‘buracos negros’, foi logo proposta, seguindo-se daí, um período curto de pesquisas…até que na década de 1970, concluiu-se que os BNs são objetos dinâmicos, com as propriedades de girar e também vibrar.

E quais seriam as descobertas mais recentes sobre os buracos negros?

As mais interessantes para mim são as “simulações de supercomputadores com 2 buracos negros que espiralam juntos, para depois colidirem, provocando vibrações caóticas em seu espaço e tempo distorcidos… – Destas, há uma fascinante simulação de um grupo liderado por Manuela Campanelli e Carlos Lousto, do Instituto de Tecnologia de Rochester, na qual dois BNs estão girando… – com seus eixos apontados em direções opostas ao plano de sua órbita. Enquanto eles se juntam, o espaço rodopiante em torno de cada um, agarra o outro buraco, e o joga para cima de onde a colisão ocorreu…vibrando descontroladamente, para então, a fim de conservar o momento total, disparar uma explosão de ondas gravitacionais na direção oposta… – de maneira semelhante a um anel de fumaça … se propagando no ar.

Os fãs de ficção científica te respeitam muito, pela sugestão dada nos anos 80 da possibilidade de uma “viagem no tempo”…através de um assim conhecido “buraco de minhoca”… — Mas, como será então, que isso poderia funcionar?

wormhole.gifUm “wormhole” é uma hipotética deformação do espaço que pode servir como um atalhoentre duas diferentes regiões do universo. É como se um verme perfurasse uma maçã de um lado ao outro. — Se uma formiga vivesse na superfície da maçã…nesse caso ela poderia ir de um lado ao outrode 2 formas:

Uma delas seria pela superfície exterior…a qual podemos…imaginar como sendo o espaço,  suavemente distorcido do universo… já o outro caminho… seria através do “buraco de minhoca”, oficialmente aceito pela ‘relatividade geral’…Mas, ao combinarmos a…teoria relativística…com a…”teoria quântica” — encontramos evidências de que “warmholes” não podem existir… Assim…fica então lançada a dúvida a cerca de sua real existência.

Como os wormholes levaram ao seu interesse em viagens no tempo?

Na versão original de Carl Sagan de seu romance “Contato”com sua heroína viajando através de um buraco negro…a um distante local do universo – ele me pediu conselhos. Imediatamente eu lhe disse…Você não pode fazer isso. Os buracos negros não podem  ser usados ​​dessa maneirae sugeri nesse caso que ele usasse um ‘buraco de minhoca’. Foi isso então – que me fez interessar pela questão de saber…se, realmente…existiriam  tais ‘wormholes’…pelos quais rapidamente pudéssemos atravessar. Daí, pude perceber que, se eles existissem não seria difícil para uma civilização bem avançada, torná-los transitáveis…criando assim, uma “máquina do tempo“. – Por conseguinte, fui levado a encarar de frente a questão das “histórias auto-inconsistentes”. Alguém poderia voltar,      e matar seu pai, antes mesmo de ser concebido?… Essa questão me fez perceber que experimentos mentais podem ser uma forma bem poderosa de investigar leis físicas.

Seria realmente possível viajar de volta no tempo?

É muito improvável que alguém possa voltar no tempo embora isso não seja totalmente descartado. Pode ser inclusive que a natureza tenha mecanismos que impeçam tal viagem ao passado, ou ainda que nada impeça que leis físicas prontamente se adaptem para estas viagens no tempo, sem maiores inconsistências, ou perdas de sua capacidade de previsão. Ainda sobre esse assunto, é muito interessante a ‘hipótese’ de um “mecanismo universal”, que fatalmente ocorreria — sempre que qualquer civilização altamente avançada tentasse construir uma máquina do tempo para viagens ao passado assim que tal mecanismo fosse ativado, efeitos quânticos, imediatamente, causariam sua explosiva auto-destruição.

Não saberíamos dizer – no entanto, se a explosão seria forte o suficiente, para sua total impossibilidade. – Para tal resposta, ficaria faltando a ajuda de uma teoria quântica da gravidade.

Esse tipo de pesquisacertamente, não prejudicou sua carreira – Carl Sagan, por outro lado  teve que lidar com uma ‘reação violenta’ porque estava escrevendo ficção científica, e assim…especulando a possibilidade de “civilizações extraterrestres“. — Você, na época, era amigo delePoderia então, nos dizer…se essa “reação intempestiva”… realmente — prejudicou sua carreira?

Ele teve algumas dificuldades para lidar com essa discriminação…mas não acho que isso tenha prejudicado sua carreira. – Ele foi eleito para a “Academia Nacional de Ciências”…para em seguida, sua eleição ser incompreensivelmente anulada … por quem não lhe era próximo…pessoalmente – ou de seu campo de trabalho. Seus colegas imediatos…aqueles que haviam trabalhado com ele… e conheciam sua pesquisa… por terem lido seus artigos, tinham grande respeito por seus estudos científicos. – Foram apenas pessoas com pouco conhecimento do assunto, as que causaram algum problema…que porventura ele tivesse.

Correm boatos de que você estaria trabalhando em um projeto                            de ficção científica com Steven Spielberg. Isso pode ser verdade?

Estou trabalhando em um filme de ‘ficção científica’ com Steven…co-produzido com Lynda Obst. Eu ficarei na parte executiva, sobretudo focado em difundir boa ciência. Assim…quero que nada no filme viole leis físicas fundamentais…e, a especulação no filme…caminhe lado a lado com a ciência.

O título provisório é “Interstellar” – uma história do “lado distorcido” do universo.

Pode descrever algumas das apostas com Stephen Hawking, e quem ganhou?

Nossa primeira aposta foi sobre “Cygnus X-1″…o mais sério candidato a buraco negro já encontrado. – Seria realmente um buraco negro?…Hawking, então, apostou contra suas próprias esperanças. – Ele imaginou que se não fosse um buraco negro…pelo menos daí tiraria alguma lição. Tivemos também outra aposta… John Preskill – físico do Caltech, e    eu…de um lado, e Hawking do outro. A aposta era sobre se as leis da natureza permitem uma implosão para produzir uma…“singularidade nua” – fora de um “buraco negro”. Apostamos que poderia…Hawking apostou que não. Mas, ele teve que admitir a derrota, quando uma singularidade nua foi produzida… em uma improvável implosão, simulada num refinadíssimo programa computacional…Agora, temos uma nova aposta em curso, versando sobre se uma “singularidade nua” poderia ocorrer naturalmente no universo.

Você também apostou numa das ideias mais bizarras sobre buracos negros: de que eles, não apenas engolem a matéria e a luz, como até mesmo anulam quaisquer informações sobre um eventoQual foi o argumento nesse caso?

Se você tem algo que implode para fazer um buraco negro, que depois evapora totalmente devido à radiação de Hawking…então, toda informação que entra no buraco negro…volta? Os princípios básicos da teoria quântica dizem que sim, e Preskill concordou…Todavia, a relatividade geral parece dizer não…e esse é o lado que Stephen e eu tomamosCerca de 3 anos atrás, porém, Stephen achou um novo modo de analisar o processo de evaporação, que o convenceu de que Preskill estava correto…e que assim – a princípio – a informação poderia ser recuperada. – Hawking se convenceu Mas, eu…ainda não. (texto original***********************************************************************************

Descoberta uma maneira de visualizar “deformações” do ‘espaçotempo’
“A única forma de radiação que um buraco negro emite é gravitacional. Isto porque          um buraco negro distorce o espaço e o tempo à sua volta… criando modulações que              se propagam, e vêm nos contar exatamente o que aconteceu”. (Karsten Danzmann)

Estes são vórtices em formato de anel ejetados por um buraco negro estelar, pulsante. No centro há duas linhas vortex vermelhas e duas azuis ligadas ao buraco, que serão ejetadas como um terceiro vórtex em formato de anel na próximo pulsação do buraco negro.[Imagem: The Caltech/Cornell SXS Collaboration]

Vórtices em formato de anel ejetados por um BN estelar, pulsante. No centro há 2 linhas vortex vermelhas e 2 azuis ligadas ao BN, que serão ejetadas como um 3º vórtex em formato de anel na próximo pulsação do buraco negro. [The Caltech/Cornell SXS]

Quando 2 buracos negros colidem, o espaçotempo ao redor ondula…como o mar numa tempestade… Essa deformação é tão complicada… que os físicos não foram capazes de detalhar, o que lá realmente acontece…Pelo menos, não até agora… – Segundo explica Kip Thorne…físico do Caltech, EUA“Nós descobrimos uma forma de ver a deformação do espaçotempo… – como nunca havia sido possível”.

Combinando teoria com simulações … Thorne e colegas desenvolveram ferramentas conceituais, que eles apelidaram de linhas tendex e vortex.    Estas “ferramentas conceituais”… descrevem as “forças gravitacionais” que fazem deformar o “espaçotempo da mesma maneira…como as linhas dos “campos eletromagnéticos“…são capazes de representar… – suas próprias forças.

Usando esse novo método, eles descobriram que as colisões de buracos negros podem produzir linhas de vórtices, que formam um padrão em forma de anel – parecido com anéis de fumaça espalhando-se a partir do novo ‘BN’ formado pela fusão… – Este ousado conceito de “linhas tendex e vortex” representa uma nova forma de entender buracos negros, gravidade, e natureza cósmica. – E Mark Scheel, gerente das simulações, explica:

“Utilizando essas ferramentas…podemos agora interpretar muito melhor a enorme quantidade de dados produzidos em nossas simulações. Os novos conceitos podem inclusive…explicar as diferenças nas ondas gravitacionais geradas quando ‘buracos          negros’ então … colidem entre si … sob diferentes ângulos”.  ‘texto base’ (abr/2011)  *************************(TEXTO COMPLEMENTAR)*************************        

Buracos negros podem ser portais?

A ‘ficção científica’ afirma isso há décadas. Mas, agora — 2 pesquisadores publicaram um “artigo científico”…sobre esse assunto. Thibault Damour da Escola Superior de Paris, e Sergey Solodukhin, ‘Universidade de Bremen’ afirmam que ‘buracos negros’ poderiam também ser…”wormholes”…ou “buracos de minhoca” – tipo de “portais”; ligando…distantes pontos no Universo.

Por distorcerem o “espaçotempo” ao seu redorda mesma forma, pode-se dizer que ‘buracos de minhoca’ e ‘buracos negros’ são bem semelhantes entre si. Porém,          por ser uma emissão que somente se originaria nos…”buracos negros”…a ‘radiação Hawking‘ poderia distingui-los. Mas essa radiação, com seu espectro característico        de energia é tão fraca…que seria totalmente encoberta por outras fontes, incluindo a radiação microondas do Big Bang (RCFM). – E, há ainda outra diferença…o “buraco        de minhoca” não possui…”horizonte de eventos” (a fronteira, além da qual, nada consegue escapar do “buraco negro”. Isto então significa, que algo poderia entrar no buraco de minhoca… – para depois sair novamente… – o que é impossível, nos BNs.

A teoria é consistente, mas ainda faltam formas de comprovação.                  Com a tecnologia atual…é impossível testar se um corpo celeste é                    um “buraco negro”…ou um “portal”…para outros espaço-tempos. 

Solodukhin e Damour afirmam que um buraco de minhoca pode se originar da mesma forma que um buraco negro – pelo colapso estelar… por exemplo – Até agora…era tido como razoável que um processo assim somente formaria buracos negros contudo, os físicos propõem que efeitos quânticos poderiam parar o colapso, instantes antes do BN      se formar…levando assim a um ‘buraco de minhoca‘…E, eles afirmam que um deste       tipo de mecanismo será inevitável, numa teoria mais completa da física – que unifique        a gravidade com a mecânica quântica … sonho perseguido por todos os físicos teóricos.

E pode haver uma forma para se testar essa nova teoria…utilizando-se buracos negros microscópicos. Alguns físicos afirmam que experiências em aceleradores de partículas podem produzir buracos negros microscópicos… Esse tipo específico de BN emitiria uma quantidade mensurável de ‘radiação Hawking‘… comprovando que não são ‘buracos de minhoca‘. Mas, se a radiação não for detetada…então a nova teoria estaria correta, e   os físicos estariam diante de buracos de minhoca microscópicos.  ‘texto base’ (Abr/2007) ***********************************************************************************

A nossa “Via Láctea” pode ser um gigantesco “buraco de minhoca”? (jan/2015)

Você acreditaria que a Via Láctea inteira pode ser um … gigantesco buraco de minhoca, um “sistema de transporte intergaláctico“?…  Pois com base nos últimos dados e cálculos físicos — nossa galáxia pode, em teoria…ser um enorme buraco de minhoca, um túnel no espaçotempo, capaz de nos levar aos confins do Universo. E então, a ‘Via Láctea’ seria um buraco de minhoca… “estável e navegável“.  Esta é a hipótese feita … por um grupo de físicos da Índia, EUA e Itália, que assim, tenta repensar melhor a ‘matéria escura’; como  diz Paolo Salucci…astrofísico da Universidade de Trieste – Italia.

“Se combinarmos o mapa da matéria escura na Via Láctea com o modelo mais recente do Big Bang para explicar o Universo, e aventarmos a hipótese da existência de túneis   no espaçotempo…vemos que nossa galáxia realmente poderia conter um desses túneis,     e que o túnel poderia até mesmo ser do tamanho da própria galáxia…Nós poderíamos até mesmo viajar por este túnel, uma vez que ele – com base em nossos cálculos…pode   ser navegável — exatamente como aquele que vimos no recente filme… Interestelar“.

Embora “buracos de minhoca”, ou “wormholes” — ou ainda “Pontes de Einstein-Rosen” tenham ganho boa popularidade com filmes de ficção científica…também têm sido foco      há décadas de apuradas pesquisas físicas. – Albert Einstein e Nathan Rosenlevaram a fama por publicarem seu trabalho…em 1935…mas, Ludwig Flamm havia publicado um estudo sobre túneis no espaço-tempo em 1916. Em todo caso, diz Salucci: “Obviamente não estamos afirmando que nossa galáxia é um buraco de minhoca, mas simplesmente  que, de acordo com modelos teóricos, esta hipótese é uma possibilidade. — A princípio, poderíamos até testá-la experimentalmente, comparando 2 galáxias — a nossa, e outra muito próxima, por exemplo a ‘Nuvem de Magalhães’, mas com certeza estamos muito longe ainda, de qualquer possibilidade prática real, para tentar fazer essa comparação”.

Para chegar às suas conclusões, os astrofísicos combinaram as equações da Relatividade Geral com um mapa extremamente detalhado da distribuição da ‘matéria escura’ na Via Láctea, obtido em um estudo realizado pela equipe em 2013… – Salucci enfatiza, que há muito tempo tenta-se explicar a ‘matéria escura a partir da hipótese da existência de uma partícula específica – o neutralino…que no entanto nunca foi identificado no LHC,   nem observado no Universo. E para concluir, Salucci acrescenta suas próprias ideias, e rumos que as discussões deveriam tomar “Mas, também existem teorias alternativas:    A matéria escura, por exemplo, pode ser outra dimensão, talvez até um sistema central      de transporte galático. O fato, é  que precisamos mesmo saber o que ela é”. (texto base) *********************************************************************************

‘Buraco negro, buraco branco & buraco de minhoca’ (mar/2015)

kipthorne2Como qualquer obra de ficção científica, o filme Interestelar pode despertar 3 tipos de sentimento — todos eles embalados pelos estonteantes efeitos visuais, que lhe renderam o “Oscar” de 2015 na categoria. Os não aficionados…que desconhecem    a ciência que está por trás do filme…poderão considerá-lo um “filme mentiroso”… — Entretanto … os aficionados do gênero, com toda razão…ficaram encantados com as extrapolações de nossa realidade – representadas pela…”viagem intergalática”, travessia de um buraco de minhoca para outra dimensão, e “navegação espacial”…pelas borda de um… — “buraco negro”.

O 3º sentimento – geralmente de quem conhece a ciência que motivou o filme — é o de tentar analisar a correspondência entre sua ficção roteirizada, e os conceitos científicos que a norteiam. E nesse sentido, Interestelar é um exemplo notável. E nem poderia ser diferente. O filme teve a consultoria do renomado físico teórico Kip Thorne – o que faz        da obra de Christopher Nolan uma bela oportunidade para discutir vários aspectos das teorias da relatividade, restrita e geral. Existem exageros no roteiro que alguém poderá classificar como erro científico, contudo, necessários para dar ritmo e graça à narrativa.

É bom lembrar, por exemplo, que o efeito estilingue na ergosfera (região mais  exterior)    do buraco negro mostrado no filme … e que alguns podem considerar um exagero foi sugerido por Roger Penrose renomado físico-matemático britânico, e colaborador do também compatriota Stephen Hawking…um dos mais famosos cientistas da atualidade.

Se, ao entrar na ergosfera de um buraco negro em rotação (“Gargantua”, do Interestelar), um objeto for dividido em dois, uma parte poderá ser sugada pelo buraco negro e a outra será ejetada para fora, com uma energia maior do que a que entrou. Portanto faz sentido    a estratégia do astronauta Cooper, que largou o robô TARS no buraco negro, para depois se lançar em sacrifício, para que sua colega fosse ejetada, rumo a outro ponto do cosmos.

O TARS tinha como objetivo principal: coletar dados sobre “Gargantua”, para que Murph, filha de Cooper, pudesse finalmente resolver a equação que salvaria a humanidade. – Não vou aqui discutir como conseguiu transferir os dados para Cooper, nem como ele escapou do Gargantua e caiu no interior do…tesserato…estrutura hipotética de 5 dimensões que mantém o buraco da minhoca. Recomendo a leitura do texto publicado no “Bússola”, e da  coluna do professor Adilson de Oliveira; que já trataram desses paradoxos/extrapolações.

Kip Thorne

Kip Thorne

Derivações da Relatividade

O lado científico do filme essencialmente tem a ver com 3 conceitos – buraco negroburaco de minhoca e viagem no tempo. Tais conceitos são baseados em interpretações da… “relatividade”: restrita e geral praticamente não contestadas na comunidade científica. A “relatividade geral” ainda prevê a existência de…”buracos brancos”, objetos com limitada credibilidade científica.

Durante algum tempo ‘buracos negros’, ‘buracos brancos’ e ‘buracos de minhoca’ andaram meio misturados, enroscados nas imprecisões teóricas. – O passo inicial para a descoberta do ‘buraco negro’ foi dado pelo astrônomo e físico alemão Karl Schwarzschild (1873-1916), logo após o famoso artigo de Albert Einstein (1879-1955) — sobre a teoria da relatividade geral“…publicado em dezembro de 1915. – Schwarzschild foi o primeiro a apresentar uma solução exata das equações de Einstein para a relatividade geral…e o fez no leito de morte.  Essencialmente, as equações de Einstein contêm, em um lado, informações sobre massa e energia, e do outro, ‘curvaturas espaçotempo’. Podemos assim manipular massa e energia, e verificar seu efeito na ‘geometria espaçotempo’, determinando as propriedades que uma tal configuração apresenta. A geometria espaçotempo está para a relatividade geral, assim como a gravidade está para a física newtoniana‘. Mas ao contrário de uma força, como na física clássica é a deformação do espaçotempo que faz os corpos se moverem no cosmos.

Segundo Schwarzschild, quando um corpo muito massivo colapsa devido ao seu próprio peso, ele atingirá um tamanho crítico – a partir do qual se transformará num ponto com densidade infinita, onde as leis da física deixarão de valer, e até mesmo o tempo deixará de existir. Na linguagem científica, o ponto encontrado por Schwarzschild se chamava ‘singularidade‘ no espaçotempo, e tinha em sua volta um intenso campo gravitacional.  Todavia Einstein não gostou da ideia, e em 1935 escreveu um artigo com o físico Nathan Rosen para mostrar que tais singularidades inexistiam. Eles obtiveram uma solução…na qual não havia necessidade de um ponto, onde tudo parava, e nada valia. Mas em vez de ‘singularidade’, eles chegaram a uma…”ponte Einstein-Rosen”, unindo nosso universo a outro. E nascia aí um objeto ainda mais mirabolante que a singularidade Schwarzschild.

A singularidade de Schwarzschild foi batizada de “buraco negro”, e o aperfeiçoamento da ideia de Einstein desembocou no “buraco de minhoca” (“wormhole”). Mas, antes disso, a ponte ER exigiu a presença de um buraco branco, pois logo ficou claro que ela só poderia existir se ligasse uma singularidade, a cada um dos universos. Então, em vez de eliminar uma singularidade, Einstein criou 2. De um lado, buraco negro, do outro, buraco branco.

Túnel cósmico

Em 1955, John A. Wheeler…um dos últimos colaboradores de Einstein…tornou palatável a ideia da…”ponte ER” mostrando que era possível construir um túnel no espaçotempo do nosso próprio universo, sem necessidade do universo paralelo inventado por Einstein e Rosen. Este objeto se chamou “wormhole”.

Wheeler era bom em criar nomes…é dele também, dos anos 1960, a expressão…”buraco negro”. Mas o “buraco de minhoca”, funcionava apenas na escala atômica, com todas as características de um “buraco cósmico”; o que seria descoberto por Kip Thorne em 1985. Naquele ano Carl Sagan estava escrevendo seu livro ‘Contato‘, e queria saber de Thorne      se era verossímil a existência de um “túnel” – de modo que alienígenas o atravessassem até chegar ao nosso planeta. Em artigo publicado em 1988 na “Physical Review Letters”, ele e colegas apresentam ‘cálculos afirmativos’. – O que ninguém sabe, até hoje, é como   tal estrutura… – que permitiria…”viajar pelo espaçotempo“… – poderia ser construída.

É por isso que – no filme – o ‘buraco de minhoca’ nas proximidades de    Saturno foi providenciado por uma misteriosa e avançada civilização.

Todas as referências feitas a viagens no tempo são previstas teoricamente — até mesmo a volta ao passado, mesmo sendo esta improvável…por violar a “causalidade”. Por exemplo: alguém volta ao passado e mata seus pais. A consequência é que esse alguém não nascerá, e portanto, não poderá estar no futuro. A tentativa sem sucesso de Cooper interferir no passado – para fazer com que sua filha não o deixe partir, talvez seja uma referência à tal improbabilidade. Por outro lado, a volta ao futuro…representada por seu encontro com a filha já em idade avançada…é uma realidade observada rotineiramente em experimentos com partículas elementares. É realidade e ficção, lado a lado. C. A. dos Santos (texto base) ***********************************************************************************

BN no entorno a um wormhole emitiria estranhas ‘ondas gravitacionais’    Segundo a teoria geral da relatividadeque descreve a gravidade como resultado da curvatura do espaço-tempo, buracos de minhoca são possíveis. Todavia detectar um implicaria que existe um tipo estranho de matéria que os físicos não entendem. Isso porque uma substância com massa negativa seria necessária para “abrir a garganta”          do wormhole, evitando seu colapso; e inexiste hoje material com tais características.

wormhole

Um buraco de minhoca é um túnel através do espaço-tempo que conecta diferentes partes do cosmos (ilustração). Cientistas relatam que um buraco negro ao redor de um ‘buraco de minhoca’ emitiria um padrão bem específico de “ondas gravitacionais”. [IMAGEM: ESTT/ISTOCK/GETTY IMAGES PLUS]

Os detetores de ondas gravitacionais já revelaram misteriosos buracos negros, mas          algo ainda mais estranho pode vir a seguir: buracos de minhoca. Um ‘buraco negro’ espiralando para um “wormhole” segundo um artigo de 17/jul/2020…criaria um estranho padrão de ondulações no…’espaçotempo’…que os observatórios de ondas gravitacionais LIGO e VIRGO poderiam captar… — As ondas seguiriam piscando, enquanto o “buraco negro” passasse pelo “buraco de minhoca” — e depois voltasse.          Estes “wormholes” são objetos hipotéticos…nos quais o ‘espaçotempo’ curvado é atravessado por um túnel … conectando distantes locais cósmicos. – Vistos de fora,          podem ser similares a buracos negros; mas enquanto um objeto caindo em um BN          fica preso por lá — algo que cai num buraco de minhocapode atravessá-lo para o        outro lado. — Ainda não há qualquer evidência dos ‘wormholes’, mas se realmente existirem há alguma chance de detetá-los por meio de “ondas gravitacionais”.

A equipe de William Gabella, físico da Vanderbilt University, em NashvilleEUA,          estudou um hipotético buraco negro de 5 massas solares, orbitando um buraco de minhoca a cerca de 1,6 bilhão de anos-luz da Terra. Conforme o buraco negro gira              em torno do “buraco de minhoca” calcularam os pesquisadores ele começaria espiralando para dentro do wormhole, como se orbitasse outro buraco negro. A princípio, as ondas gravitacionais resultariam numa assinatura padrão de ondas          (“chirp”) da fusão de 2 BNspadrão que aumentaria sua frequência com o tempo.          Mas, como ao atingir o centro do buraco de minhoca (“garganta”), o buraco negro                a transporiaos pesquisadores passaram a considerar o que poderia ocorrer caso                o BN surgisse num domínio distante…Aí, as ‘ondas gravitacionais’, abruptamente cessariam; e o BNna saída do “wormhole”, seria então…arremessado para fora.

Em seguida, ao retornar pelo…’buraco de minhoca’…inicialmente ele iria                        espiralar para dentro, talvez com um padrão de ondas gravitacionais do                        tipo “anti-chirp”…E, de acordo com as palavras do físico Dejan Stojkovic,                      da…”Buffalo University” … New York: “Sendo impossível reproduzir isso                        com 2 buracos negrosentão é um evidente sinal de buraco de minhoca”. 

O “Advanced LIGO”…dos EUA, e o “Advanced VIRGO”…na Itália detectam ondulações de ‘buracos negros’…ou ‘estrelas de neutrons’…orbitando um ao redor do outro antes de se fundirem…Tendo confirmadas…desde 2015, mais de uma dúzia destas fusões, com outras aguardando confirmação; em algum momento, novas possibilidades surgirão. (texto base)

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
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Uma resposta para Kip Thorne, e as singulares deformações do “espaçotempo”

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