Teoria das cordas fuzzballs resolvem o famoso paradoxo do buraco negro

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Teoria das cordas fuzzballs resolvem o famoso paradoxo do
buraco negro
Os cientistas se voltaram para a teoria das cordas para entender melhor os buracos negros, propondo
que eles possam ser modelados como "fuzzballs" feitos de cordas interativas.
B falta de buracos estão entre os objetos mais misteriosos do universo. Por mais de um século, os
físicos usaram a teoria da relatividade geral de Einstein para descrevê-los, tratando a gravidade como
uma deformação do espaço-tempo criada pela energia e momento das partículas e campos.
Nesta teoria, um buraco negro é considerado um ponto infinitamente denso chamado de singularidade,
que é cercado por uma superfície esférica conhecida como horizonte de eventos - ou apenas um
horizonte para breve - com espaço vazio existente entre eles. A gravidade na região abaixo do horizonte
é tão forte que não há partículas ou ondas que possam escapar dela, e estão condenadas a cair na
singularidade.
Os buracos negros também são caracterizados por apenas três parâmetros: massa, carga elétrica e
momento angular que codifica suas propriedades rotacionais. No entanto, isso contradiz um princípio da
mecânica quântica chamado unitaridade da evolução do tempo, que afirma que a informação não deve
ser perdida durante o desenvolvimento do tempo de um sistema físico.
Os buracos negros são formados a partir de enormes quantidades de matéria que consistem em um
enorme número de partículas que cada um tem seu próprio conjunto de parâmetros físicos. Se a
descrição clássica dos buracos negros estiver correta, então a “informação” sobre o assunto usada para
https://www.advancedsciencenews.com/what-is-a-black-hole/
https://www.advancedsciencenews.com/what-is-a-black-hole/
https://www.advancedsciencenews.com/dark-matter-could-be-composed-of-primordial-black-holes/
https://www.advancedsciencenews.com/black-hole-asymmetry-puts-quantum-gravity-to-the-test/
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criá-los foi definitivamente perdida, dada a simplicidade da descrição implícita no teorema do “sem
cabelo”. Isso é conhecido como o paradoxo da perda de informação do buraco negro.
Um grupo de físicos americanos liderados por Samir Mathur, da Universidade Estadual de Ohio,
procurou resolver o paradoxo em um novo artigo publicado no Turkish Journal of Physics. Eles propõem
substituir a conveniente imagem relativista geral dos buracos negros como espaço vazio, com toda a sua
massa localizada em seu centro, por uma bagunça em forma de bola de cordas interagindo chamadas
“fuzzballs”.
Esses objetos hipotéticos não têm horizonte nem singularidade, e têm tamanhos semelhantes aos dos
buracos negros da mesma massa. Este conceito de uma bola de fuzzball de buraco negro é baseado na
teoria das cordas, uma teoria moderna cujo postulado central é que as partículas elementares, que
muitas vezes são consideradas como sendo semelhantes a pontos, são na verdade pequenas cordas
vibratórias com diferentes modos de oscilação que correspondem a diferentes tipos de partículas. Essas
fuzzballs da teoria das cordas são caracterizadas não por três números, mas por um grande número de
parâmetros compostos de todas as cordas que são compostas, resolvendo o paradoxo da perda de
informação.
As fuzzballs de buracos negros também ajudam a corrigir outro paradoxo na física dos buracos negros.
Na década de 1970, Stephen Hawking analisou o campo eletromagnético nas proximidades de um
horizonte e previu que os buracos negros irradiam fótons de maneira semelhante aos corpos aquecidos,
como estrelas ou pedaços de carvão queimado.
O mecanismo desta radiação hipotética emitida por um buraco negro resulta da criação de fótons no
vácuo fora de seu horizonte devido a efeitos quânticos. Algumas dessas partículas cruzam o horizonte e
caem na singularidade, enquanto outras conseguem escapar do campo gravitacional do buraco negro e
viajar para longe. Em princípio, eles podem ser observados da mesma forma que vemos a luz emitida
pelo Sol e outros corpos quentes. Esta radiação é conhecida como radiação Hawking e ainda não foi
detectada, pois sua energia é tão baixa que excede a sensibilidade dos instrumentos atuais.
A diferença entre a radiação Hawking dos buracos negros e as emissões de ondas eletromagnéticas de
corpos aquecidos como estrelas, por exemplo, é que, neste último, os fótons são gerados por partículas
elementares interagindo, e não no vácuo.
Devido a essa peculiaridade em como a radiação do buraco negro é gerada, os fótons emitidos durante
a vida útil de um buraco negro, teriam uma entropia que é muito grande para que o processo seja
consistente com os princípios gerais da mecânica quântica, que exigem que essa entropia seja menor
que a entropia do buraco negro.
A fim de resolver este paradoxo, os físicos têm considerado algo chamado de “paradigma do buraco de
minhoca”, o que exige que tanto os fótons que escapam do campo gravitacional do buraco negro, bem
como partículas que caem nele, devem ser considerados quando contabilizam a entropia. Se alguém
define a radiação Hawking como uma união desses dois conjuntos de partículas, então as correlações
da mecânica quântica entre elas reduzem a entropia da radiação do buraco negro, resolvendo o
paradoxo.
https://www.space.com/17594-string-theory.html
https://www.quantamagazine.org/the-most-famous-paradox-in-physics-nears-its-end-20201029/
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Mas a análise dos pesquisadores do Estado de Ohio sugere que todas as realizações desse paradigma
levam a probabilidades não físicas, maiores do que uma de certos fenômenos – a violação da
unitaridade acima mencionada – ou a uma violação da proposta original de Hawking de que os buracos
negros irradiam como corpos aquecidos. Em vez disso, Mathur e seus colegas descobriram que essas
questões não surgem se os buracos negros são considerados não como objetos com uma singularidade
e um horizonte, mas como fuzzballs de teoria das cordas com radiação produzida pelas cordas
interagindo.
Embora a teoria possa funcionar no papel, detectar essa radiação de baixa energia é outro desafio. Foi
previsto que a interação entre as ondas gravitacionais do buraco negro e a superfície da fuzzball deixaria
uma marca em seu espectro. Muitos cientistas esperam poder registrar uma mudança tão sutil com os
observatórios gravitacionais baseados na Terra e no espaço, permitindo que eles determinem se as
fuzzballs são reais ou não.
Referência: Bin Guo, et al., Contrastando os paradigmas de fuzzball e wormhole para buracos negros,
Revista Turca de Física (2021), arXiv:2111.052
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https://journals.tubitak.gov.tr/physics/issues/fiz-21-45-6/fiz-45-6-1-2111-13.pdf