Os buracos de minhoca são frequentemente vistos como túneis através do espaço ou do tempo – atalhos através do universo. Mas esta imagem baseia-se numa má compreensão do trabalho dos físicos Albert Einstein e Nathan Rosen.
Em 1935, enquanto estudavam o comportamento das partículas na região de extrema gravidade, Einstein e Rosen O que eles chamam de “pontes”.: uma conexão matemática entre duas cópias perfeitamente simétricas do espaço-tempo. Não foi concebido como uma passagem para viajar, mas como um meio Mantenha a continuidade Entre a gravidade e a física quântica. Só mais tarde as pontes Einstein-Rosen foram associadas a buracos de minhoca, embora a ideia original tivesse pouco a ver com isso.
Mas em Nova pesquisaMeus colegas e eu mostramos que a ponte Einstein-Rosen original aponta para algo muito mais estranho – e mais fundamental – do que um buraco de minhoca.
O enigma que Einstein e Rosen resolveram nunca foi sobre viagens espaciais, mas sobre como os campos quânticos se comportam no espaço-tempo curvo. Explicada desta forma, a ponte Einstein-Rosen funciona como um espelho do espaço-tempo: uma ligação entre duas setas microscópicas do tempo.
A mecânica quântica governa a natureza nas menores escalas, como as partículas, enquanto a teoria da relatividade geral de Einstein se aplica à gravidade e ao espaço-tempo. Reconciliar os dois é um dos desafios mais profundos da física. E, excitantemente, a nossa reinterpretação pode oferecer uma maneira de fazer exatamente isso.
Um legado mal-entendido
A explicação do “buraco de minhoca” surgiu décadas depois do trabalho de Einstein e Rosen, quando os físicos levantaram a hipótese de cruzar de um lado a outro do espaço-tempo, Mais notavelmente pesquisas no final da década de 1980.
Mas essas mesmas análises também deixaram claro o quão especulativa era a ideia: na relatividade geral, esse tipo de viagem é proibido. A ponte foi destruída na velocidade da luz, não pode ser atravessada. As pontes Einstein-Rosen são, portanto, instáveis e observáveis – estruturas matemáticas, não portais.
No entanto, a metáfora do buraco de minhoca floresceu na cultura popular e na física teórica especulativa. A ideia de que os buracos negros poderiam ligar regiões distantes do universo – até mesmo funcionar como máquinas do tempo – inspirou inúmeros artigos, livros e filmes.
No entanto, não há nenhuma evidência observacional de buracos de minhoca macroscópicos, nem qualquer razão teórica convincente para esperá-los na teoria de Einstein. Embora extensões hipotéticas da física – viz Forma externa da matéria ou Modificação da relatividade geral — propostas para apoiar tais estruturas não foram testadas e são altamente especulativas.
Duas flechas do tempo
Nosso trabalho recente revisita o quebra-cabeça da ponte Einstein-Rosen usando uma interpretação quântica moderna do tempo baseada nas ideias desenvolvidas por Shravan Kumar e João Marto.
A maioria das leis fundamentais da física não faz distinção entre passado e futuro ou entre esquerda e direita. Se o tempo ou o espaço forem invertidos em suas equações, as leis permanecerão válidas. Levar a sério essas simetrias leva a uma interpretação diferente da ponte Einstein-Rosen.
Em vez de um túnel através do espaço, é entendido como dois componentes complementares de um estado quântico. Num deles, o tempo avança; Noutra, flui de volta da sua posição reflectida no espelho.
Esta simetria não é uma escolha filosófica. Uma vez excluído o infinito, a evolução quântica deve ser completa e reversível no nível microscópico – mesmo na presença da gravidade.
“Ponte” expressa o fato de que ambos os elementos de tempo são necessários para descrever um sistema físico completo. Em circunstâncias normais, os físicos escolhem uma única flecha do tempo e ignoram o componente de reversão do tempo.
Mas perto de buracos negros, ou num universo em expansão e em colapso, uma descrição quântica consistente deve incluir ambos os aspectos. É aqui que a ponte Einstein-Rosen se forma naturalmente.
Resolvendo o paradoxo da informação
No nível microscópico, a ponte nos permite cruzar informações que nos aparecem como o horizonte de eventos – um ponto sem retorno. Os dados não são perdidos; Ele continua a evoluir, mas na direção temporal oposta, espelhada.
Esta estrutura oferece uma resolução natural do famoso paradoxo da informação do buraco negro. Em 1974, Stephen Hawking mostrou Buracos negros que irradiam calor e podem eventualmente evaporar, aparentemente apagando toda a informação sobre o que neles caiu – contradizendo o princípio quântico de que a evolução deve preservar a informação.
O paradoxo surge apenas quando insistimos em descrever o horizonte usando uma única seta unilateral do tempo extrapolada para o infinito – uma suposição não exigida pela própria mecânica quântica.
Se a descrição quântica completa incluir ambas as direções de tempo, nada estará realmente perdido. A informação sai da nossa direção do tempo e reaparece na direção oposta. A integralidade e a causalidade são preservadas, sem invocar uma nova física estranha.
Esses conceitos são difíceis de compreender porque somos seres macroscópicos que vivenciam apenas uma dimensão do tempo. Na escala diária, a desordem – ou entropia – aumenta. Um estado altamente ordenado evolui naturalmente para a desordem, nunca o contrário. Isso nos dá uma flecha no tempo.
Mas a mecânica quântica permite um comportamento mais sutil. Surpreendentemente, já podem existir evidências desta estrutura oculta. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas – o brilho do Big Bang – mostra uma desigualdade pequena, mas persistente: uma preferência por uma orientação espacial em vez de sua imagem espelhada
Esta anomalia tem intrigado os cosmólogos há duas décadas. Os modelos padrão atribuem a isso uma probabilidade muito baixa – a menos que elementos quânticos espelhados sejam incluídos.
Ecos do universo anterior?
Esta imagem se conecta naturalmente a uma possibilidade mais profunda. O que chamamos de “Big Bang” pode não ter sido um começo absoluto, mas um salto – uma transição quântica entre duas fases invertidas no tempo da evolução cósmica.
Nesse cenário, os buracos negros podem atuar como pontes não apenas entre direções temporais, mas também entre diferentes épocas cósmicas. nosso universo O interior de um buraco negro pode ser A outra, formada no cosmos parental. Pode ter-se formado quando uma região fechada do espaço-tempo entrou em colapso, recuperou-se e começou a expandir-se para o universo que observamos hoje.
Se esta imagem estiver correta, também fornece um meio de tomar decisões observacionais. Resquícios da fase pré-rebote — como pequenos buracos negros — podem sobreviver à transição e ressurgir no nosso universo em expansão. Alguma matéria invisível a que nos referimos como matéria escura pode, na verdade, ser composta por tais remanescentes.
Nesta visão, o Big Bang evoluiu a partir de um estado de compressão anterior. Buracos de minhoca não são necessários: a ponte é temporal, não espacial — e o Big Bang se torna uma entrada, não um começo.
Esta reinterpretação da ponte Einstein-Rosen não oferece atalhos através da galáxia, nem viagens no tempo, nem buracos de minhoca ou hiperespaço de ficção científica. O que ele oferece é mais profundo. Isto oferece uma imagem quântica consistente da gravidade, onde o espaço-tempo incorpora um equilíbrio entre os opostos do tempo – e onde o nosso universo pode ter tido uma história antes do Big Bang.
Não derruba a relatividade de Einstein ou a física quântica – completa-as. A próxima revolução na física poderá não nos levar mais rápido que a luz — mas poderá revelar que o tempo, nas profundezas do mundo microscópico e num universo saltitante, flui em ambas as direções.
