Carlo Rovelli: Where does the stuff that falls into a black hole go?

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O universo está cheio de coisas que nunca havíamos previsto ou imaginado, nada mais do que buracos negros

Mark Garlick / Science Photo Library

EXISTE algo paradoxal no que sabemos sobre buracos negros. Eles agora se tornaram objetos “normais” para os astrônomos. Os astrônomos os observam, contam e medem. Eles se comportam exatamente como a teoria de Einstein previu um século atrás, quando ninguém sonhava que tais objetos peculiares poderiam realmente existir. Então, eles estão sob controle. E ainda assim, eles permanecem totalmente misteriosos.

Por um lado, temos uma bela teoria, a relatividade geral, confirmada de maneira espetacular por observações astronômicas, o que explica perfeitamente o que os astrônomos vêem: esses monstros que engolem estrelas giram em vórtices e produzem raios imensamente poderosos e outras diabruras. O universo é surpreendente, diversificado, cheio de coisas que nunca havíamos previsto ou imaginado, mas compreensíveis. Por outro lado, ainda há uma pequena questão do tipo em que as crianças se especializam quando os adultos estão excessivamente entusiasmados: “Mas para onde vai todo o material que vemos caindo em um buraco negro?”

E é aqui que as coisas se tornam difíceis. A teoria de Einstein fornece uma descrição matemática precisa e elegante até mesmo do interior dos buracos negros: ela indica o caminho que o material que cai em um buraco negro deve seguir. A matéria cai cada vez mais rápido até chegar ao ponto central. E então … então as equações de Einstein perdem todo o significado. Eles não nos dizem mais nada. Eles parecem derreter como neve ao sol. As variáveis ​​tornam-se infinitas e nada faz sentido. Ai.

O que acontece com a matéria que cai no centro do buraco? Nós não sabemos.

Através de nossos telescópios, nós o vemos caindo, e seguimos mentalmente sua trajetória até que quase alcance o centro, e então não temos conhecimento do que acontece a seguir. Sabemos em que consistem os buracos negros, tanto externos quanto internos, mas um detalhe crucial está faltando: o centro. Mas isso dificilmente é um detalhe insignificante, porque tudo que cai (e nos buracos negros que observamos no céu, as coisas continuam caindo) termina no centro. O céu está cheio de buracos negros nos quais podemos ver as coisas desaparecerem … mas não sabemos o que acontece com elas.

Os caminhos percorridos para explorar as respostas a essa pergunta têm sido perigosos até agora. Talvez, por exemplo, a matéria surja em outro universo? Talvez até nosso próprio universo tenha começado assim, emergindo através de um buraco negro aberto em um anterior? Talvez no centro de um buraco negro tudo se derreta em uma nuvem de probabilidade onde o espaço-tempo e a matéria não significam mais nada? Ou talvez os buracos negros irradiem calor porque a matéria que entra neles é misteriosamente transformada, ao longo de zilhões de anos, em calor.

“O que acontece com a matéria que cai no centro do buraco? Nós não sabemos ”

No grupo de pesquisa com o qual trabalho em Marselha, junto com colegas em Grenoble e em Nijmegen, na Holanda, estamos explorando uma possibilidade que nos parece mais simples e plausível: a matéria desacelera e pára antes de chegar ao centro. Quando está extremamente concentrado, desenvolve-se uma pressão tremenda que impede seu colapso final. Isso é semelhante à “pressão” que impede que os elétrons caiam nos átomos: é um fenômeno quântico. A matéria para de cair e forma uma espécie de estrela extremamente pequena e extremamente densa: uma “estrela de Planck”. Então acontece algo que sempre acontece de importar nesses casos: ele se recupera.

Ele rebate como uma bola jogada no chão. Como a bola, ela ricocheteia ao longo da trajetória da queda, em reverso temporal, e assim o buraco negro se transforma (por “efeito túnel”, como dizemos no jargão) em seu oposto: um buraco branco.

Um buraco branco? O que é um buraco branco? É outra solução para as equações de Einstein (como os buracos negros) sobre as quais meu livro universitário diz que “não há nada igual no mundo real” … É uma região do espaço na qual nada pode entrar, mas de onde as coisas emergir. É a reversão do tempo de um buraco negro. Um buraco que explode.

Mas então por que vemos a matéria cair em buracos negros, mas não a vemos imediatamente saindo novamente? A resposta – e este é o ponto crucial sobre o que estamos lidando – está na relatividade do tempo. O tempo não passa na mesma velocidade em todos os lugares. Todos os fenômenos físicos são mais lentos ao nível do mar do que nas montanhas. O tempo fica mais lento se eu for mais baixo, onde a gravidade é mais intensa. Dentro dos buracos negros, a força da gravidade é extremamente forte e, como resultado, ocorre uma desaceleração violenta do tempo. O ricochete da matéria em queda acontece rapidamente se for visto por alguém nas proximidades, se pudermos imaginar alguém se aventurando em um buraco negro para ver como é por dentro. Mas, visto de fora, tudo parece estar mais lento. Diminuiu enormemente a velocidade. Vemos as coisas desaparecerem e desaparecerem de vista por um tempo extremamente longo. Visto de fora, tudo parece congelado por milhões de anos – exatamente como percebemos os buracos negros que podemos ver no céu.

Mas um tempo extremamente longo não é um tempo infinito e, se esperássemos por muito tempo, veríamos o assunto vir à tona. Em última análise, um buraco negro talvez não seja mais do que uma estrela que entra em colapso e depois se recupera – em câmera lenta extrema quando vista de fora.

Isso não é possível na teoria de Einstein, mas a teoria de Einstein não leva os efeitos quânticos em consideração. A mecânica quântica permite que a matéria escape de sua armadilha negra.

Depois de quanto tempo? Depois de um tempo muito curto para a matéria que caiu no buraco negro, mas depois de um tempo extremamente longo para quem o observa de fora.

Portanto, aqui está toda a história: quando uma estrela como o Sol, ou um pouco maior, para de queimar porque consumiu todo o seu hidrogênio, o calor não gera mais pressão suficiente para contrabalançar seu peso. A estrela colapsa sobre si mesma e, se for suficientemente pesada, produz um buraco negro e cai nele. Uma estrela das dimensões do Sol, ou seja, milhares de vezes maior que a Terra, geraria um buraco negro com diâmetro de um quilômetro e meio.

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Carlo Rovelli é um físico da Universidade Aix-Marseille, na França

Jamie Stoker

Imagine só: todo o sol contido no volume de um sopé. Esses são os buracos negros que podemos observar no céu. A matéria da estrela continua seu curso interior, aprofundando-se cada vez mais até atingir o monstruoso nível de compressão que a faz ricochetear. Toda a massa da estrela está concentrada no espaço de uma molécula. Aqui, a repulsiva força quântica entra em ação, e a estrela imediatamente se recupera e começa a explodir. Para a estrela, apenas alguns centésimos de segundo se passaram. Mas a dilatação do tempo causada pelo enorme campo gravitacional é tão extremamente forte que, quando a matéria começa a ressurgir, no resto do universo, dezenas de bilhões de anos já se passaram.

É este realmente o caso? Eu não tenho certeza. Eu acho que pode muito bem ser. As alternativas parecem menos plausíveis para mim. Mas posso estar errado. Tentar descobrir isso, ainda, é uma grande alegria.

Em um trecho posterior, “Copérnico e Bolonha”, Rovelli escreve sobre o valor de uma educação universitária

… Também encontrei outra coisa em Bolonha, quando lá estudei nos anos setenta: um encontro com aquele espírito da minha geração, uma geração que pretendia mudar tudo, que sonhava em inventar novas formas de pensar, de conviver e de amar . A universidade foi ocupada por vários meses por estudantes politicamente engajados. Me envolvi com os amigos da Rádio Alice, a rádio independente que havia se tornado a voz da revolta estudantil.

Nas casas que compartilhamos, alimentamos o sonho adolescente de começar do zero, de refazer o mundo do zero, de reformulá-lo em algo diferente e mais justo. Um sonho ingênuo, sem dúvida, sempre destinado a encontrar a inércia do cotidiano; sempre suscetível de sofrer grande decepção. Mas era o mesmo sonho que Copérnico encontrara na Itália no início da Renascença. O sonho não só de Leonardo e de Einstein, mas também de Robespierre, Gandhi e Washington: sonhos absolutos que muitas vezes nos catapultam contra uma parede, muitas vezes mal orientados – mas sem os quais não teríamos nada do que há de melhor em nosso mundo hoje.

“Um buraco negro talvez não seja mais do que uma estrela que entra em colapso e ricocheteia em câmera lenta extrema”

O que a universidade pode nos oferecer agora? Pode oferecer as mesmas riquezas que Copérnico encontrou: o conhecimento acumulado do passado, junto com a ideia libertadora de que o conhecimento pode ser transformado e se tornar transformador.

Esse, acredito, é o verdadeiro significado de uma universidade. É o tesouro em que o conhecimento humano é protegido com devoção, fornece a força vital da qual depende tudo o que conhecemos no mundo e tudo o que queremos fazer. Mas é também o lugar onde se alimenta o sonho: onde temos a coragem juvenil de questionar esse próprio saber, para ir em frente, para mudar o mundo.

Esses trechos são retirados do livro Existem lugares no mundo onde as regras são menos importantes que a bondade, publicado por Allen Lane em 5 de novembro no Reino Unido. Uma revisão segue no verso

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Agora assista a Carlo Rovelli falar sobre a natureza do tempo em nossa série de palestras científicas no YouTube

https://www.youtube.com/watch?v=NrjFE_Rd2OQ

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