No mundo real, seu passado determina de maneira única o seu futuro. Se um físico sabe como o universo começa, ela pode calcular seu futuro para todo o tempo e todo o espaço.

Mas um matemático da UC Berkeley encontrou alguns tipos de buracos negros nos quais essa lei não funciona. Se alguém se aventurasse em um desses buracos negros relativamente benignos, eles poderiam sobreviver, mas seu passado seria obliterado e eles poderiam ter um número infinito de futuros possíveis.

Essas afirmações foram feitas no passado, e os físicos invocaram uma "forte censura cósmica" para explicá-lo. Isso é, algo catastrófico - tipicamente uma morte horrível - impediria os observadores de realmente entrarem em uma região do espaço-tempo onde seu futuro não fosse determinado exclusivamente. Este princípio, proposto pela primeira vez há 40 anos pelo físico Roger Penrose, mantém uma ideia sagrada - determinismo - chave para qualquer teoria física. Isso é, dado o passado e o presente, as leis físicas do universo não permitem mais de um futuro possível.

Mas, diz o pós-doutorado da UC Berkeley, Peter Hintz, cálculos matemáticos mostram que, para alguns tipos específicos de buracos negros em um universo como o nosso, que está se expandindo a uma taxa acelerada, é possível sobreviver à passagem de um mundo determinístico para um buraco negro não determinístico.

Como seria a vida em um espaço onde o futuro era imprevisível não está claro. Mas a descoberta não significa que as equações da relatividade geral de Einstein, que até agora descrevem perfeitamente a evolução do cosmos, está errado, disse Hintz, um pesquisador de Clay.

"Nenhum físico vai viajar até um buraco negro e medi-lo. Esta é uma questão matemática. Mas, desse ponto de vista, isso torna as equações de Einstein matematicamente mais interessantes, "disse ele." Esta é uma questão que só se pode estudar matematicamente, mas tem fisico, implicações quase filosóficas, o que o torna muito legal. "

"Esta ... conclusão corresponde a uma falha severa do determinismo na relatividade geral que não pode ser tomada de ânimo leve em vista da importância na cosmologia moderna" da expansão acelerada, disseram seus colegas da Universidade de Lisboa, em Portugal, Vitor Cardoso, João Costa e Kyriakos Destounis, e na Universidade de Utrecht, Aron Jansen.

Como citado por Mundo da física , Gary Horowitz da UC Santa Barbara, que não estava envolvido na pesquisa, disse que o estudo fornece "a melhor evidência que conheço para uma violação da forte censura cósmica em uma teoria da gravidade e eletromagnetismo."

Hintz e seus colegas publicaram um artigo descrevendo esses buracos negros incomuns no mês passado no jornal Cartas de revisão física .

Além do horizonte de eventos

Os buracos negros são objetos bizarros que recebem seu nome do fato de que nada pode escapar de sua gravidade, nem mesmo luz. Se você se aventurar muito perto e cruzar o chamado horizonte de eventos, você nunca vai escapar.

Para pequenos buracos negros, você nunca sobreviveria a uma abordagem tão próxima de qualquer maneira. As forças das marés próximas ao horizonte de eventos são suficientes para espaguetificar qualquer coisa:isto é, estique-o até que seja uma cadeia de átomos.

Mas para grandes buracos negros, como os objetos supermassivos nos núcleos de galáxias como a Via Láctea, que pesam dezenas de milhões, senão bilhões de vezes a massa de uma estrela, cruzar o horizonte de eventos seria, Nós vamos, sem intercorrências.

Porque deve ser possível sobreviver à transição do nosso mundo para o mundo do buraco negro, físicos e matemáticos há muito se perguntam como seria esse mundo, e recorremos às equações da relatividade geral de Einstein para prever o mundo dentro de um buraco negro. Essas equações funcionam bem até que um observador alcance o centro ou a singularidade, onde em cálculos teóricos a curvatura do espaço-tempo torna-se infinita.

Mesmo antes de chegar ao centro, Contudo, um explorador de buraco negro - que nunca seria capaz de comunicar o que descobriu ao mundo exterior - poderia encontrar alguns marcos estranhos e mortais. Hintz estuda um tipo específico de buraco negro - um padrão, buraco negro não giratório com uma carga elétrica - e tal objeto tem um chamado horizonte de Cauchy dentro do horizonte de eventos.

O horizonte de Cauchy é o local onde o determinismo se quebra, onde o passado não determina mais o futuro. Físicos, incluindo Penrose, argumentaram que nenhum observador jamais poderia passar pelo ponto do horizonte de Cauchy porque eles seriam aniquilados.

Conforme o argumento continua, conforme um observador se aproxima do horizonte, o tempo fica mais lento, já que os relógios marcam mais devagar em um campo gravitacional forte. Uma ligeira, ondas gravitacionais e qualquer outra coisa que encontre o buraco negro caem inevitavelmente em direção ao horizonte de Cauchy, um observador que também caísse para dentro veria eventualmente toda essa energia entrando em ação ao mesmo tempo. Com efeito, toda a energia que o buraco negro vê ao longo da vida do universo atinge o horizonte de Cauchy ao mesmo tempo, explodindo no esquecimento qualquer observador que chegue tão longe.

Você não pode ver para sempre em um universo em expansão

Hintz percebeu, Contudo, que isso pode não se aplicar a um universo em expansão que está se acelerando, como o nosso. Porque o espaço-tempo está sendo cada vez mais separado, muito do universo distante não afetará o buraco negro de forma alguma, já que essa energia não pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz.

Na verdade, a energia disponível para cair no buraco negro é apenas aquela contida no horizonte observável:o volume do universo que o buraco negro pode esperar ver ao longo de sua existência. Para nós, por exemplo, o horizonte observável é maior do que os 13,8 bilhões de anos-luz que podemos ver no passado, porque inclui tudo o que veremos para sempre no futuro. A expansão acelerada do universo nos impedirá de ver além de um horizonte de cerca de 46,5 bilhões de anos-luz.

Nesse cenário, a expansão do universo neutraliza a amplificação causada pela dilatação do tempo dentro do buraco negro, e para certas situações, cancela totalmente. Nesses casos - especificamente, suave, buracos negros não rotativos com uma grande carga elétrica, os chamados buracos negros Reissner-Nordström-de Sitter - um observador poderia sobreviver ao passar pelo horizonte de Cauchy e entrar em um mundo não determinístico.

"Existem algumas soluções exatas das equações de Einstein que são perfeitamente suaves, sem torções, nenhuma força de maré indo para o infinito, onde tudo está perfeitamente bem comportado até este horizonte de Cauchy e além, " ele disse, observando que a passagem pelo horizonte seria dolorosa, mas breve. "Depois disso, todas as apostas estão encerradas; em alguns casos, como um buraco negro Reissner-Nordström-de Sitter, pode-se evitar a singularidade central completamente e viver para sempre em um universo desconhecido. "

Na verdade, ele disse, buracos negros carregados são improváveis ​​de existir, uma vez que atraem matéria com carga oposta até que se tornem neutros. Contudo, as soluções matemáticas para buracos negros carregados são usadas como proxies para o que aconteceria dentro de buracos negros em rotação, que provavelmente são a norma. Hintz argumenta que suave, buracos negros em rotação, chamados de buracos negros Kerr-Newman-de Sitter, se comportaria da mesma maneira.

"Isso é perturbador, a ideia de que você poderia partir com uma estrela eletricamente carregada que sofre colapso e se transforma em um buraco negro, e então Alice viaja dentro deste buraco negro e se os parâmetros do buraco negro são suficientemente extremos, pode ser que ela possa simplesmente cruzar o horizonte de Cauchy, sobrevive a isso e atinge uma região do universo onde conhecer o estado inicial completo da estrela, ela não será capaz de dizer o que vai acontecer, "Hintz disse." Não é mais exclusivamente determinado pelo pleno conhecimento das condições iniciais. É por isso que é muito problemático. "

Ele descobriu esses tipos de buracos negros em parceria com Cardoso e seus colegas, que calculou como um buraco negro toca quando atingido por ondas gravitacionais, e qual de seus tons e conotações durou mais tempo. Em alguns casos, mesmo a frequência mais longa sobrevivente decaiu rápido o suficiente para evitar que a amplificação transformasse o horizonte de Cauchy em uma zona morta.

O artigo de Hintz já gerou outros artigos, um dos quais pretende mostrar que a maioria dos buracos negros bem comportados não violará o determinismo. Mas Hintz insiste que um caso de violação é demais.

"As pessoas foram complacentes por cerca de 20 anos, desde meados dos anos 90, que forte censura cosmológica é sempre verificada, "disse ele." Nós desafiamos esse ponto de vista. "