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O universo é um holograma? A estranha física dos buracos negros.

Os buracos negros podem nos dar um vislumbre da natureza subjacente da realidade.

MICHELLE THALLER: Os buracos negros estão realmente atingindo o âmago da nossa física. E acredito que eles estão nos mostrando como, eventualmente, precisaremos de física diferente e nova física. As pessoas fazem perguntas como: 'O que acontece dentro de um buraco negro?' Ou ainda, 'O que acontece na própria fronteira de um buraco negro, o horizonte de eventos, quando a luz é absorvida?' E, honestamente, nossa física está nos dizendo muitas coisas contraditórias. E nossa imagem do que realmente é um horizonte de eventos pode estar mudando. Pessoas como Stephen Hawking e Leonard Susskind recentemente tiveram a ideia de que um buraco negro não deveria ser capaz de destruir informações. OK, o que queremos dizer com informação? A informação pode ser quase tudo.

Todos os diferentes átomos em meu corpo têm momento angular, eles têm carga, eles têm massa. Existem todos os tipos de pequenos pedaços de informação que me fazem eu. No nível da mecânica quântica, o mais ínfimo dos níveis, existem diferentes quantidades de energia, existem diferentes probabilidades que estão contidas na estrutura da minha matéria. E a informação, de certa forma, é uma forma de energia. Na verdade, é uma maneira de descrever algo que é de alguma forma, de uma forma estranha, um estado de energia superior do que não ser capaz de descrever algo. E então uma das perguntas é: 'Se a energia realmente não pode ser destruída, a própria energia é algo intrínseco ao universo, você não pode realmente criar ou destruir, é possível que a informação seja da mesma forma? Não há realmente nenhuma maneira de realmente destruir as informações sobre o que todas as minhas partículas subatômicas estão fazendo agora? '

Então, os buracos negros meio que o encaram bem na cara. O que um buraco negro supostamente faz é absorver tudo. O espaço e o tempo se transformam em um buraco negro para que nada escape. Isso significa que todas as informações sobre o material que caiu foram perdidas. A única coisa que sabemos sobre isso é que, à medida que um buraco negro absorve material, fica mais massivo. Na verdade, adiciona essa massa à massa do buraco negro. E à medida que essa massa aumenta, o horizonte de eventos se torna maior. Basicamente, a área onde o espaço é tão curvo que você não consegue sair começa a se estender quanto mais massivo for um buraco negro. Os buracos negros mais massivos que conhecemos no universo têm muitos bilhões de vezes a massa do nosso sol. E a extensão física deste horizonte de eventos é aproximadamente do tamanho de nosso sistema solar, talvez como no planeta Plutão.

Então, é possível, então, se tudo vai para um buraco negro e nada sai, o espaço e o tempo vão para dentro do buraco negro e não saem? O que aconteceu com essa informação? E isso começou a fazer muitas pessoas se perguntarem se realmente pensamos nos buracos negros da maneira errada. Talvez não haja um horizonte de eventos no verdadeiro sentido. Na verdade, um amigo meu que estuda buracos negros disse: 'Bem, não tenho certeza se eles são negros. Eles podem ser azuis marinho muito, muito escuros. E o que ele quis dizer com isso é que talvez existam alguns truques para realmente obter informações de um buraco negro. Talvez realmente haja alguma forma de energia que pode vazar do buraco negro com o tempo. Agora, Stephen Hawking se perguntou se os efeitos quânticos muito próximos do horizonte de eventos poderiam realmente separar algo chamado partículas virtuais, a energia do próprio espaço. Se você está familiarizado com a equação de Einstein, E é igual a MC ao quadrado, energia é igual a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado. Energia e massa são a mesma coisa. Eles são equivalentes.

Você pode realmente transformar massa em energia e pode transformar energia em massa. Em torno de um buraco negro, onde há gás muito quente, temperaturas muito altas, campos magnéticos muito fortes, talvez haja muita energia. E essa energia pode realmente se manifestar como partículas, massa. E a energia sempre cria pares partícula / antipartícula. Eles são chamados de partículas virtuais. E matéria e antimatéria, a única coisa que você sabe sobre isso é que aniquila imediatamente. Então, essas minúsculas partículas passam a existir, depois se aniquilam e você volta à energia. E isso acontece ao nosso redor o tempo todo. Então, se isso acontecer perto de um buraco negro, é possível que uma dessas pequenas partículas entre no buraco negro e a outra escape. E de repente, há uma partícula que não deveria estar lá. O universo basicamente tem uma nova partícula, energia do nada. E como isso pode funcionar?

E as pessoas da teoria da informação dizem que o que acontece é que a energia tem que sair do buraco negro. A massa do buraco negro começa a diminuir se houver essa pobre partícula órfã que não deveria estar lá em primeiro lugar. Com o tempo, partícula por partícula minúscula, esses buracos negros podem evaporar. E talvez haja algo sobre essas partículas virtuais que contêm algumas informações sobre o buraco negro e o que caiu nele. Fica ainda mais estranho do que isso, porque muitas pessoas pensam que o tempo passa cada vez mais devagar conforme você se aproxima de um buraco negro, até que, no horizonte de eventos, o tempo basicamente para. Portanto, em vez de algo realmente cair em um buraco negro, o que o horizonte de eventos pode ser é algum tipo de concha de informação.

As coisas param no tempo enquanto caem no buraco negro. E bem nesse limite, há quase uma espécie de esfera, uma superfície bidimensional que de alguma forma contém todas as informações sobre o que está dentro do buraco negro. E isso lembrava as pessoas de algo que os humanos inventaram, chamado de holograma. Agora, um holograma é um objeto bidimensional. Você pode fazer de vidro ou de um pedaço de filme. E você faz brilhar uma luz através dele e, de repente, parece haver projeções tridimensionais. E a ideia é que estamos olhando para uma maneira fundamental como o universo armazena informações. Em torno de um buraco negro, onde o espaço e o tempo foram destruídos, poderia haver uma concha de informação, algo como um holograma?

E muitas pessoas começaram a se perguntar, talvez seja assim que o universo funciona em uma escala maior. Talvez os buracos negros estejam nos mostrando, intrinsecamente, qual é a natureza subjacente da realidade, que realmente existe uma superfície bidimensional de algo que contém todas as informações sobre todo o universo. Talvez de alguma forma, sejamos parte desse holograma gigante. E devo mencionar que a palavra holograma não implica de forma alguma que alguém fez o holograma. Estamos apenas falando que o universo pode realmente ser uma informação contida em uma estrutura bidimensional, não as três dimensões das quais estamos cientes agora. Tudo isso parece incrivelmente estranho. Sempre fico com um pouco de medo até de falar sobre isso. Mas acho que o que realmente ganhamos com isso é que os buracos negros estão bem na nossa cara. Agora estamos observando-os.

Eles estão bem aí. E não podemos realmente descrever como o universo deveria funcionar com uma dessas coisas. Eles não fazem sentido. O universo não deveria ser capaz de perder informações. Então, como você obtém informações quando o próprio espaço é dobrado e nada sai? Os buracos negros podem ser a chave para onde a próxima física deve ir. Todos nós sabemos que precisamos de um próximo Einstein, uma próxima teoria quântica, algo que realmente descreva como a gravidade funciona em situações muito intensas como um buraco negro. Agora, na verdade, estamos observando os buracos negros bem o suficiente para que realmente tenhamos que resolver isso. Nós realmente temos que descobrir como o universo funciona em torno de uma dessas coisas. E podemos acabar aprendendo o que o próprio universo realmente é.

Visto que a energia não pode ser destruída, apenas transformada, alguns argumentam que a informação - possivelmente uma forma de energia - também não pode ser destruída. Então, o que acontece com a informação quando ela é absorvida por um buraco negro? Os cientistas não sabem ao certo, mas alguns afirmam que pode ser possível que ele vaze do buraco negro com o tempo.
Os buracos negros podem conter informações de maneira bidimensional semelhante a um holograma, que assume três dimensões quando a luz passa por eles. Alguns teorizam que a natureza subjacente da realidade pode ser vislumbrada através de buracos negros - que todas as informações sobre o universo inteiro são de alguma forma mantidas em um espaço bidimensional de algo.
Para entender melhor como os buracos negros funcionam, bem como os elementos que os cercam, podemos precisar que um nível de física seja desenvolvido.