De acordo com uma nova pesquisa da SISSA, ICTP e INFN, buracos negros podem ser como hologramas, em que todas as informações para produzir uma imagem tridimensional são codificadas em uma superfície bidimensional. Conforme afirmado pelas teorias quânticas, buracos negros podem ser incrivelmente complexos, e concentrar uma enorme quantidade de informações em duas dimensões, como os maiores discos rígidos que existem na natureza. Essa ideia se alinha com a teoria da relatividade de Einstein, que descreve os buracos negros como tridimensionais, simples, esférico e liso, conforme retratado na primeira imagem de um buraco negro que circulou em 2019. Em suma, buracos negros parecem ser tridimensionais, apenas como hologramas. O estudo, que une duas teorias discordantes, foi publicado recentemente em Revisão Física X .

O mistério dos buracos negros

Para cientistas, buracos negros representam desafios teóricos formidáveis ​​por muitas razões. Eles são, por exemplo, excelentes representantes das grandes dificuldades da física teórica em unir os princípios da teoria geral da relatividade de Einstein aos da física quântica da gravidade. De acordo com a relatividade, buracos negros são corpos simples sem informação. De acordo com a física quântica, como afirmado por Jacob Bekenstein e Stephen Hawking, eles são os sistemas existentes mais complexos porque são caracterizados por uma enorme entropia, que mede a complexidade de um sistema, e, conseqüentemente, contêm muitas informações.

O princípio holográfico aplicado a buracos negros

Para estudar buracos negros, os dois autores do novo estudo, Francesco Benini (Professor SISSA, Consultor científico do ICTP e pesquisador INFN) e Paolo Milan (pesquisador SISSA e INFN), usou uma ideia de 30 anos chamada princípio holográfico. Os pesquisadores escrevem, "Este princípio revolucionário e um tanto contra-intuitivo propõe que o comportamento da gravidade em uma determinada região do espaço pode, alternativamente, ser descrito em termos de um sistema diferente, que vive apenas ao longo da borda daquela região e, portanto, em uma dimensão a menos. E, mais importante, nesta descrição alternativa (chamada holográfica), a gravidade não aparece explicitamente. Em outras palavras, o princípio holográfico nos permite descrever a gravidade usando uma linguagem que não contém gravidade, evitando assim o atrito com a mecânica quântica. "

O que Benini e Milan fizeram foi aplicar a teoria do princípio holográfico aos buracos negros. Desta maneira, suas misteriosas propriedades termodinâmicas se tornaram mais compreensíveis:focando em prever que esses corpos têm uma grande entropia e observando-os em termos de mecânica quântica, você pode descrevê-los como um holograma - eles têm duas dimensões, em que a gravidade desaparece, mas eles reproduzem um objeto em três dimensões.

Da teoria à observação

Este estudo é apenas o primeiro passo para uma compreensão mais profunda desses corpos cósmicos e das propriedades que os caracterizam quando a mecânica quântica se cruza com a relatividade geral. Tudo é mais importante agora, em um momento em que as observações em astrofísica estão passando por um desenvolvimento incrível. Basta pensar na observação de ondas gravitacionais a partir da fusão de buracos negros, o resultado da colaboração entre LIGO e Virgo, ou de fato, a do buraco negro feito pelo Event Horizon Telescope que produziu esta imagem extraordinária. No futuro próximo, podemos ser capazes de testar nossas previsões teóricas sobre a gravidade quântica, como os feitos neste estudo, por observação. E isto, do ponto de vista científico, seria algo absolutamente excepcional.