Pergunte ao Ethan nº 103: Resolvemos o Paradoxo da Informação do Buraco Negro?
Crédito da imagem: XMM-Newton, ESA, NASA.
Ou este é um exemplo do hype da mídia em torno de Hawking enlouquecendo?
Assim, parece que Einstein estava duplamente errado quando disse que Deus não joga dados. Não só Deus definitivamente joga dados, mas Ele às vezes nos confunde jogando-os onde não podem ser vistos. – Stephen Hawking
Toda semana, quando você envia suas perguntas e sugestões para Ask Ethan, eu olho e dou prioridade a nossos principais apoiadores do Patreon , principalmente se eles estiverem fazendo uma pergunta de alta qualidade. Não houve tópico maior para discussão esta semana do que o anúncio de Stephen Hawking alegando resolver o paradoxo da informação do Buraco Negro, embora o artigo ainda não esteja disponível. Ele tem? Nosso leitor (e apoiador) Denier quer saber:
Como a teoria de Hawking de buracos negros armazenando informações na concha de um horizonte de eventos é diferente do que Susskind disse décadas atrás sobre buracos negros armazenando informações na concha de um horizonte de eventos? Hawking acabou de fazer um Steve Jobs e proclamar algo novo que o Android descobriu anos antes? Ou isso é realmente algo novo?
Buracos negros são objetos interessantes, então vamos ao início e falar sobre o que é esse paradoxo.
Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech, via http://www.nasa.gov/mission_pages/nustar/multimedia/pia16695.html .
Por um lado, os buracos negros são – em teoria – muito fáceis de fazer. Tudo o que você precisa fazer é obter massa suficiente (ou seu equivalente em energia, via E = mc^2 ) em uma região pequena o suficiente do espaço, e você terá um! Normalmente, uma estrela massiva cujo núcleo implode, onde não pode mais resistir ao colapso gravitacional, é a melhor maneira de chegar lá. Se você começar com uma estrela com aproximadamente 20 vezes a massa do Sol (ou mais), quando ela terminar sua vida em uma explosão de supernova tipo II, um buraco negro será o resultado.
Com o tempo, os buracos negros podem comer mais matéria ou se fundir com outros objetos (ou outros buracos negros) para crescer. Algumas galáxias como a nossa têm buracos negros de milhões de massas solares, enquanto as maiores podem atingir bilhões ou mesmo dezenas de bilhões de massas solares em tamanho.
Crédito da imagem: P. Marenfeld/NOAO/AURA/NSF, via Observatório Gemini em http://www.gemini.edu/node/11703 .
Mas de fora do buraco negro, não temos como saber como ele surgiu. Até onde podemos dizer, existem apenas algumas propriedades de um buraco negro que podemos discernir:
- a massa do buraco negro,
- sua carga elétrica,
- e seu momento angular (ou spin).
É isso!
Image credit: Gr@v — Gravitation @ Aveiro University — 2010–2015, via http://gravitation.web.ua.pt/index.php?q=node/362 .
Isso deve, talvez, incomodá-lo. Se você fez um buraco negro exclusivamente de nêutrons, isso devemos carregam algumas informações diferentes de um buraco negro que foi feito exclusivamente de anti -nêutrons, ou um que foi feito de uma mistura uniforme de elétrons e pósitrons. Afinal, o número bariônico é uma informação importante no mundo quântico, e se um buraco negro tem um número bariônico de 10^58 versus um que tem um número bariônico zero versus um com um número bariônico de -10^58, essa informação deve de alguma forma ser preservada.
Com efeito, há um chance essa informação é preservada, pelo menos para começar. Imagine que você tem um buraco negro inicialmente e algo cai nele. Talvez seja um próton, um antipróton, um fóton, dois fótons, etc. Talvez seja até uma pessoa!
Crédito da imagem: Ashley Corbion de http://atmateria.com/ .
Quando essa coisa cair, ela aumentará a massa do buraco negro, mas essa informação também será codificada no superfície do horizonte de eventos do buraco negro. Enquanto o observador (partícula, fóton(s) ou pessoa) caindo nem notará quando cruzar o horizonte de eventos, alguém de fora os verá desviando para o vermelho em quantidades cada vez maiores, tornando-se mais fracos e mais escuros e mais vermelhos, mas nunca verdadeiramente cruzando o horizonte de eventos. Em vez disso, suas informações permanecem codificadas na superfície do buraco negro, onde presumivelmente existe por toda a eternidade.
Portanto, se os buracos negros durassem para sempre, não haveria nenhum paradoxo de informação: algo cai, e essa informação sobre o que era ainda está codificada na superfície desse buraco negro.
Crédito da imagem: TU Viena.
Mas então olhamos para o mundo quântico, que é de onde veio o problema em primeiro lugar. Veja bem, os buracos negros são tremendas fontes de gravidade, com toda essa massa compactada em um volume tão pequeno de espaço. Como resultado, o espaço ao redor dos buracos negros é bastante curvado, e o universo quântico se comporta de maneira diferente no espaço curvo em comparação com o espaço plano.
Em particular, uma das coisas que normalmente acontece no espaço plano é que há uma energia de vácuo diferente de zero: pares partícula-antipartícula aparecem e desaparecem o tempo todo. Sob condições normais, eles existem por um breve momento, re-aniquilam e desaparecem de volta no vácuo. Se você olhar para o estado anterior e o estado posterior, não há nada diferente. Mas no espaço curvo, você pode ter esses pares de partículas-antipartículas aparecendo em lados opostos do horizonte de eventos. Sob as condições certas - que são raras, mas acontecem - você obterá um minúsculo quantum de radiação de baixa energia que é emitido como resultado, com a partícula de um par virtual aniquilando com a antipartícula de outro, produzindo um corpo negro espectro de radiação.
Crédito da imagem: E. Siegel, sobre a origem quântica da Radiação Hawking.
Este é um processo longo e lento: leva 10^67 anos para um buraco negro de massa solar evaporar e cerca de 10^100 anos para um supermassivo fazê-lo, mas o Universo é paciente e tem todos os tipos de tempo. No final, não restará nenhum buraco negro, apenas aquele mar de radiação térmica de corpo negro. Essa radiação – radiação Hawking – é como todos os buracos negros acabarão por decair.
O pior de tudo é que a radiação não tem memória do que entrou naquele buraco negro. É isso que é o paradoxo da informação do buraco negro: você tinha informações que entraram no buraco negro, mas essas informações eventualmente se perdem com o tempo. Como a informação não deve ser destruída assim, temos um paradoxo.
Crédito da imagem: Matt Strassler, 2014.
A suposição normal é que, de alguma forma, essa informação deve ser preservada. Até agora, ninguém sabia como, embora houvesse ideias. A suposição geral é que, de alguma forma, essa informação da superfície do buraco negro deve de alguma forma ser codificada na radiação de Hawking. Bem, a proposta de Stephen Hawking – junto com seus colaboradores Malcom Perry e Andrew Strominger – é que há algo decorrente da teoria das cordas conhecido como supertraduções, que é uma das Áreas de atuação de Strominger .
Uma supertradução, nos termos mais simples possíveis, toma um fato bem conhecido sobre o vácuo clássico na relatividade geral: é altamente degenerado. Você tem diferentes estados de vácuo (diferentes vacua) que têm as mesmas propriedades, ou que são indistinguíveis um do outro. Diferentes vácuos que correspondem a diferentes estados podem ser relacionados uns aos outros por uma simetria quebrada identificada por Bondi, van der Burg e Metzer em 1962 . Essas simetrias quebradas são as supertraduções nas quais Strominger trabalha e podem descrever como as mudanças em um campo gravitacional se propagam.
Crédito da imagem:
Dr. Rubens C. Reis, via http://dept.astro.lsa.umich.edu/~rdosreis/rreis/Home.html .
Em abril do ano passado, Hawking ouviu uma das palestras de Strominger e decidiu que isso significava que as partículas que entravam no horizonte de um buraco negro causa supertraduções, e que essas supertraduções podem se imprimir na radiação de Hawking que sai. E é isso que o próximo artigo (ainda não disponível) argumentará.
Esse é o novo desenvolvimento em andamento aqui.
Crédito da imagem: Getty Images / Science Photo Library, via http://www.gettyimages.com/detail/photo/illustration-depicting-the-effect-of-a-high-res-stock-photography/126701756 .
Mas há um grandes caminho de dizer eu tenho uma ideia para essa ideia é a solução, e o que temos aqui é a antiga e não o último . Por exemplo, alguns detalhes de acompanhamento surgiram :
- A imagem que eles têm é puramente clássica e não codifica informações quânticas como o número bariônico.
- A imagem assume uma infinito número de cargas, em vez do número correto para um buraco negro dado pela (verdadeira) entropia de Bekenstein-Hawking.
- Não existe uma versão quantizada dessas simetrias ou supertraduções.
- Também não há um quadro quantitativo para quão essa informação fica impressa na radiação de saída: é apenas uma ideia.
Além disso, Sabine Hossenfelder, que trabalha com os problemas da gravidade quantizada em espaços curvos, expressou a seguinte preocupação:
Estou um pouco preocupado, na verdade, que uma vez que se olha para a imagem quântica, as cargas do BMS no infinito serão emaranhadas com as cargas que caem no buraco negro, reinventando assim essencialmente o problema da informação do buraco negro.
Crédito da imagem: Bibliotecas de Birmingham .
Então sim, Denier, Hawking fez na verdade, surgiu com uma nova reviravolta no paradoxo da informação do buraco negro. Mas é isso a solução ao paradoxo? Dificilmente. O que quer dizer que, de forma alguma, forma ou forma se deve concluir que o paradoxo está resolvido. O que se deve concluir é que uma nova ideia foi proposta sobre como resolver o paradoxo, e essa ideia está em sua infância agora.
Na minha opinião, se alguém que não se chamasse Stephen Hawking tivesse proposto essa ideia, estaria atraindo apenas uma pequena quantidade de atenção, já que a ideia em si não é desenvolvida o suficiente para ser algo mais do que uma faísca, ou um germe de uma possibilidade. Sim, vale a pena investigar mais, mas esteja ciente de que a maioria das ideias como essa acabam sendo becos sem saída. É possível que isso se torne algo especial, mas até que alguém realmente faça todo o trabalho teórico – e Hawking, Perry e Strominger não – não temos motivos para acreditar que esse paradoxo vai desaparecer tão cedo.
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