Os pesquisadores mostraram como as singularidades - que normalmente só são encontradas no centro de buracos negros e escondidas da vista - podem existir em um espaço tridimensional altamente curvo.

Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, usaram simulações de computador para prever a existência de uma chamada singularidade nua, que interfere com a teoria geral da relatividade de Einstein. Esta é a primeira vez que uma singularidade nua, que causa o colapso das leis da física, foi previsto no espaço tridimensional. Os resultados são relatados no jornal Cartas de revisão física .

A teoria geral da relatividade de Einstein sustenta nossa compreensão atual da gravidade:tudo, desde a estimativa da idade das estrelas no universo, aos sinais de GPS em que confiamos para nos ajudar a navegar, é baseado em suas equações. Em parte, a teoria nos diz que a matéria distorce seu espaço-tempo circundante, e o que chamamos de gravidade é o efeito dessa deformação. Nos 100 anos desde que foi publicado, a relatividade geral passou em todos os testes que foram lançados nela, mas uma de suas limitações é a existência de singularidades.

A singularidade é um ponto onde a gravidade é tão intensa que o espaço, Tempo, e as leis da física são destruídas. A relatividade geral prevê que existem singularidades no centro dos buracos negros, e que eles estão rodeados por um horizonte de eventos - o 'ponto sem retorno, 'onde a atração gravitacional se torna tão forte que a fuga é impossível, o que significa que eles não podem ser observados de fora.

Por mais de 40 anos, matemáticos propuseram que sempre que as singularidades se formam, eles sempre estarão escondidos dessa maneira - isso é conhecido como a 'conjectura da censura cósmica'. Se for verdade, censura cósmica significa que fora dos buracos negros, essas singularidades não têm efeito mensurável em nada, e as previsões da relatividade geral permanecem válidas.

Nos últimos anos, pesquisadores usaram simulações de computador para prever a existência de 'singularidades nuas' - isto é, singularidades que existem fora de um horizonte de eventos. As singularidades nuas invalidariam a conjectura da censura cósmica e, por extensão, capacidade da relatividade geral de explicar o universo como uma teoria autônoma. Contudo, todas essas previsões foram modeladas em universos que existem em dimensões superiores. Por exemplo, em 2016, dois Cambridge Ph.D. os alunos previram a existência de uma singularidade nua, mas suas previsões foram baseadas em um universo de cinco dimensões.

A nova pesquisa, por Toby Crisford e Jorge Santos do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica de Cambridge, previu a existência de uma singularidade nua em um universo quadridimensional - três dimensões espaciais, mais tempo - pela primeira vez.

Suas previsões mostram que uma singularidade nua pode se formar em um tipo especial de espaço curvo conhecido como espaço anti-de Sitter, em que o universo tem uma forma de 'sela' distinta. De acordo com a relatividade geral, universos podem ter várias formas, e o espaço anti-de Sitter é uma dessas formas possíveis.

O espaço Anti-de Sitter tem uma estrutura muito diferente do espaço plano. Em particular, tem um limite que a luz pode alcançar, em que ponto ele é refletido de volta. "É um pouco como ter um espaço-tempo em uma caixa, "disse Crisford." Na fronteira, as paredes da caixa, temos a liberdade de especificar o que os vários campos estão fazendo, e usamos essa liberdade para adicionar energia ao sistema e, eventualmente, forçar a formação de uma singularidade. "

Embora os resultados não sejam diretamente aplicáveis ​​ao nosso universo, como 'forçar' uma singularidade não é um procedimento que seja possível simular em um espaço plano, eles abrem novas oportunidades para estudar outras teorias para compreender o universo. Uma dessas teorias poderia envolver a gravidade quântica, que fornece novas equações perto de uma singularidade.

"A singularidade nua que vemos provavelmente desaparecerá se incluirmos partículas carregadas em nossa simulação - isso é algo que estamos investigando atualmente, "disse Santos." Se for verdade, poderia implicar uma conexão entre a conjectura da censura cósmica e a conjectura da gravidade fraca, que diz que qualquer teoria consistente da gravidade quântica deve conter partículas suficientemente carregadas. No espaço anti-de Sitter, a conjectura da censura cósmica pode ser salva pela conjectura da gravidade fraca. "