Durante décadas, os físicos lutaram com um dos enigmas mais profundos da ciência moderna: o “paradoxo da informação do buraco negro”. Agora, um novo estudo teórico sugere uma possível solução, que poderá lançar luz sobre outro grande mistério da física, a origem da massa das partículas elementares.
O paradoxo remonta ao trabalho de Stephen Hawking na década de 1970. Usando cálculos semiclássicos, Hawking mostrou que os buracos negros não são completamente negros. Em vez disso, emitem uma forma mais fraca de radiação que drena lentamente a sua energia, fazendo com que encolham e eventualmente desapareçam.
Este resultado criou um problema sério. De acordo com a mecânica quântica, a informação não pode ser destruída. No entanto, se um buraco negro evaporar completamente, toda a informação sobre a matéria que nele caiu parece desaparecer também. Esta aparente contradição ficou conhecida como o paradoxo da informação do buraco negro.
Um novo estudo liderado por Richard Pincock e publicado Relatividade Geral e Gravitação Proponha um resultado diferente. Os pesquisadores sugerem que a resposta pode estar na geometria do universo de dimensões superiores.
Dimensões extras e espaço-tempo distorcido
A equipe explorou uma versão da gravidade conhecida como teoria de Einstein-Kurtan, que é formulada em 7 dimensões em uma estrutura matemática chamada variedade G2 com torção.
Ao contrário da relatividade geral de Einstein, que descreve o espaço-tempo como algo que pode dobrar-se ou curvar-se, a teoria de Einstein-Kurtan também permite que o espaço-tempo se torça. Essa torção é chamada de torção do espaço-tempo.
De acordo com o modelo, a torção torna-se particularmente importante nas densidades extremas associadas à escala de Planck. Nessas condições, cria uma força repulsiva que atua contra o colapso gravitacional.
Os pesquisadores descobriram que esse efeito repulsivo poderia interromper o estágio final da evaporação de Hawking. Em vez de desaparecer completamente, um buraco negro deixará para trás um “resto” estável com uma massa prevista de cerca de 9*10.-41 Kg
Restos de buraco negro como armazenamento de informações
Se um buraco negro nunca desaparece completamente, a questão seguinte é óbvia: o que acontece à informação que contém?
Os pesquisadores propõem que o resíduo atue como um armazenamento de informações de longo prazo. Na sua estrutura, a informação é armazenada através de um espectro de “modos quase normais” associados à estrutura dos resíduos.
Mais especificamente, a informação quântica é codificada nas “vibrações” de longa duração do campo de torção que existem dentro da geometria do resíduo.
Seus cálculos sugerem que o remanescente deixado por um buraco negro com a massa do Sol pode armazenar cerca de 1,515*1077 qubits de informação. Segundo os pesquisadores, essa capacidade é suficiente para armazenar as informações necessárias para resolver o paradoxo.
Uma possível conexão com o campo de Higgs
A pesquisa vai além dos buracos negros e chega à física de partículas.
Os pesquisadores argumentam que reduzir a geometria de 7 para 4 dimensões, o espaço-tempo que vivenciamos, produz naturalmente uma escala eletrofraca de ~246$ GeV. Essa escala de energia está intimamente relacionada ao campo de Higgs, que é responsável por dar massa às partículas elementares.
No modelo, o valor esperado de vácuo (VEV) do campo de torção é caracterizado dinamicamente pela escala eletrofraca (cerca de 246 GeV).
Consequentemente, o mesmo mecanismo geométrico que impede a evaporação completa dos buracos negros e preserva a informação quântica também pode fornecer uma explicação geométrica para o problema de classificação de massa, um dos desafios de longa data na física de partículas.
Como a teoria pode ser testada?
Se as dimensões extras desempenham um papel tão fundamental, por que os cientistas não as observaram diretamente?
Segundo a pesquisa, as partículas associadas a essas dimensões (excitações de Kaluza-Klein) teriam uma massa de cerca de 8,6*1015 GeV. Esta escala de energia está cerca de sete ordens de magnitude além do que o Grande Colisor de Hádrons (LHC) pode alcançar.
No entanto, os autores enfatizam que estar fora do alcance dos atuais aceleradores de partículas não impossibilita o teste da teoria.
Como a estrutura é construída sobre relações geométricas específicas, ela faz previsões concretas que podem ser potencialmente investigadas através de observações astronômicas.
Uma possibilidade envolve restos estacionários de buracos negros. Residual previsto (9*10-41 kg) pode contribuir para a matéria escura. A detecção dos efeitos gravitacionais deste proposto “remanescente planckiano” forneceria suporte direto para a teoria.
O modelo faz previsões únicas sobre como a informação é codificada na “vibração” (modo quase normal) do resíduo, fornecendo uma assinatura matemática que a distingue de conceitos concorrentes.
Além disso, as escalas de energia extremamente altas envolvidas são características do universo primitivo. Isso significa que traços da geometria 7-dimensional proposta podem ser preservados na radiação cósmica de fundo ou nas ondas gravitacionais primordiais.
Ao combinar buracos negros, informação quântica, dimensões extras e o campo de Higgs numa única estrutura, a investigação oferece uma tentativa ambiciosa de resolver vários problemas pendentes na física. Se a ideia se provar correta, o paradoxo da informação do buraco negro pode não exigir uma reformulação da mecânica quântica. Em vez disso, pode apontar para uma compreensão mais profunda da realidade incorporada numa estrutura de 7 dimensões do espaço-tempo.
