Além da Singularidade do Buraco Negro

Concepção artística dos efeitos da gravidade quântica em loop em um buraco negro. A metade inferior da imagem mostra o buraco negro que, de acordo com a relatividade geral, prende tudo, incluindo a luz. Gravidade quântica em loop, uma teoria que amplia a relatividade geral de Einstein usando a mecânica quântica, supera essa tremenda atração e libera tudo, mostrado na metade superior da imagem, solucionando assim o problema fundamental da singularidade do buraco negro.

Nossos primeiros vislumbres da física que existe perto do centro de um buraco negro estão sendo viabilizados usando 'gravidade quântica em loop' - uma teoria que usa a mecânica quântica para estender a física gravitacional além da teoria geral da relatividade de Einstein.
Gravidade quântica em loop, originada na Penn State e posteriormente desenvolvida por um grande número de cientistas em todo o mundo, está abrindo um novo paradigma na física moderna. A teoria emergiu como uma das principais candidatas a analisar fenômenos cosmológicos e astrofísicos extremos em partes do Universo, como buracos negros, onde as equações da relatividade geral deixam de ser úteis.
Um trabalho anterior em gravidade quântica em loop que foi muito influente no campo analisou a natureza quântica do Big Bang, e agora dois novos estudos executados por Abhay Ashtekar e Javier Olmedo da Penn State e Parampreet Singh na Universidade Estadual de Louisiana estendem os resultados para interiores de buracos negros . Os artigos aparecem como 'Sugestões dos editores' nas revistas Physical Review Letters e Physical Review, em 10 de dezembro de 2018, e também foram destacados em um artigo da Viewpoint na revista Physics.
"A melhor teoria da gravidade que temos hoje é a relatividade geral, mas tem limitações", disse Ashtekar, professor de Física, titular da cadeira Eberly Family em Física, e diretor do Instituto Penn State de Gravitação e Cosmos . "Por exemplo, a relatividade geral prevê que existem lugares no Universo onde a gravidade se torna infinita e o espaço-tempo simplesmente termina. Nós nos referimos a esses lugares como 'singularidades'. Mas mesmo Einstein concordou que essa limitação da relatividade geral resulta do fato de ignorar a mecânica quântica".
No centro de um buraco negro, a gravidade é tão forte que, de acordo com a relatividade geral, o espaço-tempo torna-se tão extremamente curvo que finalmente a curvatura se torna infinita. Isso resulta em espaço-tempo com uma borda irregular, além do qual a física, como a conhecemos, deixa de existir - a singularidade. Outro exemplo de singularidade é o Big Bang. Perguntar o que aconteceu antes do Big Bang é uma questão sem sentido na relatividade geral, porque o espaço-tempo acaba, e não há antes.
Mas as modificações nas equações de Einstein que incorporaram a mecânica quântica através da gravidade quântica em loop permitiram que os pesquisadores estendessem a física além do Big Bang e fizessem novas previsões. Os dois trabalhos recentes conseguiram o mesmo para a singularidade do buraco negro.
"A base da gravidade quântica em loop é a descoberta de Einstein de que a geometria do espaço-tempo não é apenas um estágio no qual os eventos cosmológicos são encenados, mas é em si uma entidade física que pode ser dobrada", disse Ashtekar. "Como uma entidade física, a geometria do espaço-tempo é composta de algumas unidades fundamentais, assim como a matéria é composta de átomos.
Essas unidades de geometria - chamadas 'excitações quânticas' - são ordens de magnitude menores do que podemos detectar. com a tecnologia de hoje, mas temos equações quânticas precisas que predizem seu comportamento, e um dos melhores lugares para procurar seus efeitos é o centro de um buraco negro"
 De acordo com a relatividade geral, no centro de um buraco negro a gravidade se torna infinita, então tudo o que entra, incluindo as informações necessárias para cálculos físicos, é perdido. Isso leva ao célebre 'paradoxo da informação' com o qual os físicos teóricos vêm lidando há mais de 40 anos.
No entanto, as correções quânticas da gravidade quântica em loop permitem uma força repulsiva que pode prevalecer sobre até mesmo a força mais forte da gravidade clássica e, portanto, a física pode continuar existindo. Isso abre uma avenida para mostrar em detalhes que não há perda de informação no centro de um buraco negro, que os pesquisadores agora estão buscando.
Curiosamente, embora a gravidade quântica em loop continue a funcionar onde a relatividade geral falha - singularidades dos buracos negros e o Big Bang - suas previsões combinam com as da relatividade geral precisamente sob circunstâncias menos extremas, longe da singularidade.
"É altamente significante alcançar ambos", disse Singh, professor associado de física no estado de Louisiana. "De fato, vários pesquisadores exploraram a natureza quântica da singularidade do buraco negro na última década, mas a singularidade prevaleceu ou os mecanismos que a solucionaram desencadearam efeitos não naturais. Nosso novo trabalho está livre de todas essas limitações".

Fonte: Space Daily via Pennsylvania State University