Relatividade especial. Tem sido a desgraça dos exploradores espaciais, futuristas e autores de ficção científica desde que Albert Einstein o propôs pela primeira vez em 1905. Para aqueles de nós que sonham com humanos um dia se tornando uma espécie interestelar, esse fato científico é como um cobertor molhado. Felizmente, existem alguns conceitos teóricos que foram propostos que indicam que o deslocamento mais rápido que a luz (FTL) ainda pode ser possível algum dia.
Um exemplo popular é a idéia de um buraco de minhoca: uma estrutura especulativa que liga dois pontos distantes no espaço-tempo que permitiriam viagens espaciais interestelares. Recentemente, uma equipe de cientistas da Ivy League conduziu um estudo que indicava como “buracos de minhoca atravessáveis” poderiam realmente ser uma realidade. A má notícia é que os resultados indicam que esses buracos de minhoca não são exatamente atalhos e podem ser o equivalente cósmico de "seguir o caminho"!
Originalmente, a teoria dos buracos de minhoca foi proposta como uma possível solução para as equações de campo da Teoria da Relatividade Geral de Einstein (GR). Logo após Einstein publicar a teoria em 1915, os físicos alemães Karl Schwarzschild encontraram uma solução possível que não apenas previa a existência de buracos negros, mas também de corredores que os conectavam.
Infelizmente, Schwarzschild descobriu que qualquer buraco de minhoca que conecta dois buracos negros entraria em colapso rápido demais para que qualquer coisa passasse de uma extremidade à outra. A única maneira de serem passíveis de travessia seria se fossem estabilizados pela existência de matéria exótica com densidade de energia negativa. Daniel Jafferis, Professor Associado de Thomas D. Cabot de Física na Universidade de Harvard, teve uma opinião diferente.
Como ele descreveu sua análise durante a reunião de abril de 2019 da American Physical Society em Denver, Colorado:
“A perspectiva de configurações de buracos de minhoca atravessáveis tem sido uma fonte de fascínio. Descreverei os primeiros exemplos consistentes em uma teoria da gravidade completável por UV, que não envolve matéria exótica. A configuração envolve uma conexão direta entre as duas extremidades do buraco de minhoca. Também discutirei suas implicações para a informação quântica na gravidade, o paradoxo da informação do buraco negro e sua relação com o teletransporte quântico. ”
Para os propósitos deste estudo, Jafferis examinou o trabalho realizado por Einstein e Nathan Rosen em 1935. Procurando expandir o trabalho de Schwarszchild e outros cientistas em busca de soluções para a GR, propuseram a possível existência de "pontes" entre dois pontos distantes em espaço-tempo (conhecido como "pontes de Einstein-Rosen" ou "buracos de minhoca") que teoricamente poderia permitir que matéria e objetos passassem entre eles.
Em 2013, essa teoria foi usada pelos físicos teóricos Leonard Susskind e Juan Maldacena como uma possível resolução para GR e “emaranhamento quântico”. Conhecida como a conjectura ER = EPR, essa teoria sugere que os buracos de minhoca são o motivo pelo qual um estado de partículas elementares pode ficar emaranhado com o de um parceiro, mesmo que sejam separados por bilhões de anos-luz.
Foi a partir daqui que Jafferis desenvolveu sua teoria, postulando que os buracos de minhoca poderiam realmente ser atravessados por partículas de luz (também conhecidas como fótons). Para testar isso, Jafferis conduziu uma análise com a assistência de Ping Gao e Aron Wall (um estudante de Harvard e cientista de pesquisa da Universidade de Stanford, respectivamente).
O que eles descobriram foi que, embora seja teoricamente possível que a luz do fogo atravesse um buraco de minhoca, eles não são exatamente o atalho cósmico que todos esperávamos que eles fossem. Como Jafferis explicou em um comunicado de imprensa da AIP, "leva mais tempo para atravessar esses buracos de minhoca do que ir diretamente, então eles não são muito úteis para viagens espaciais".
Basicamente, os resultados de suas análises mostraram que uma conexão direta entre buracos negros é mais curta que a de uma conexão de buraco de minhoca. Embora isso certamente seja uma má notícia para as pessoas que estão empolgadas com a perspectiva de viagens interestelares (e intergaláticas) algum dia, a boa notícia é que essa teoria fornece uma nova visão sobre o domínio da mecânica quântica.
"A verdadeira importância deste trabalho está em sua relação com o problema da informação do buraco negro e as conexões entre a gravidade e a mecânica quântica", disse Jafferis. O "problema" a que ele se refere é conhecido como Paradoxo da Informação do Buraco Negro, algo com o qual os astrofísicos lutam desde 1975, quando Stephen Hawking descobriu que os buracos negros têm temperatura e vazam radiação lentamente (também conhecida como radiação Hawking).
Esse paradoxo está relacionado à maneira como os buracos negros são capazes de preservar qualquer informação que passa para eles. Mesmo que qualquer matéria acumulada em sua superfície fosse comprimida até o ponto de singularidade, o estado quântico da matéria no momento de sua compressão seria preservado graças à dilatação do tempo (ela fica congelada no tempo).
Mas se os buracos negros perderem massa na forma de radiação e eventualmente evaporarem, essa informação será perdida. Ao desenvolver uma teoria através da qual a luz pode viajar através de um buraco negro, este estudo pode representar um meio de resolver esse paradoxo. Em vez de radiação de buracos negros representando perda de energia em massa, pode ser que a Radiação Hawking esteja realmente vindo de outra região do espaço-tempo.
Também pode ajudar os cientistas que estão tentando desenvolver uma teoria que unifica a gravidade com a mecânica quântica (também conhecida como gravidade quântica ou uma "Teoria de Tudo"). Isso se deve ao fato de Jafferis ter utilizado ferramentas da teoria quântica de campos para postular a existência de buracos negros passíveis de atravessar, eliminando assim a necessidade de partículas exóticas e massa negativa (que parecem inconsistentes com a gravidade quântica). Como Jafferis explicou:
“Ele fornece uma sonda causal de regiões que, de outra forma, estariam atrás de um horizonte, uma janela para a experiência de um observador dentro de um espaço-tempo, acessível a partir do exterior. Eu acho que isso nos ensinará coisas profundas sobre a correspondência calibre / gravidade, gravidade quântica e talvez até uma nova maneira de formular a mecânica quântica. ”
Como sempre, os avanços na física teórica podem ser uma espada de dois gumes, dando com uma mão e levando com a outra. Portanto, embora este estudo possa ter jogado mais água fria no sonho das viagens FTL, poderia muito bem nos ajudar a desvendar alguns dos mistérios mais profundos do Universo. Quem sabe? Talvez um pouco desse conhecimento nos permita encontrar uma maneira de contornar esse obstáculo conhecido como Relatividade Especial!
