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Buracos de minhoca Atalhos em todo o universo – muitas vezes imaginados como túneis no espaço ou no tempo. Mas esta imagem baseia-se numa má compreensão do trabalho dos físicos Albert Einstein e Nathan Rosen.
Em 1935, Einstein e Rosen estudaram o comportamento de partículas em regiões de extrema gravidade Eles introduziram o que chamaram de “a ponte”.: Uma ligação matemática entre duas réplicas perfeitamente simétricas espaço tempo. Não é um caminho a percorrer, mas um caminho Para manter a estabilidade Entre a gravidade e a física quântica. Só mais tarde as pontes Einstein-Rosen foram associadas a buracos de minhoca, o que tinha pouco a ver com a ideia original.
Mas por dentro Nova pesquisaOs meus colegas e eu mostramos que a ponte Einstein-Rosen original aponta para algo muito mais estranho e mais fundamental do que um buraco de minhoca.
O enigma sobre o qual Einstein e Rosen falaram não era sobre viagens espaciais, mas sobre como os campos quânticos se comportam no espaço-tempo curvo. Interpretada desta forma, a Ponte Einstein-Rosen funciona como um espelho no espaço-tempo: uma ligação entre duas setas microscópicas do tempo.
A mecânica quântica governa a natureza nas menores escalas, como as partículas, enquanto a de Einstein Teoria geral da relatividade Aplica-se à gravidade e ao espaço-tempo. Reconciliar os dois continua sendo um dos desafios mais profundos da física. E, excitantemente, a nossa reinterpretação pode fornecer um caminho para fazer isso.
Um legado incompreendido
A explicação do “buraco de minhoca” surgiu décadas depois do trabalho de Einstein e Rosen, quando os físicos especularam sobre a travessia de um lado a outro do espaço-tempo. Especialmente em pesquisas do final da década de 1980.
Mas as mesmas análises também deixaram claro o quão especulativa é a ideia: na relatividade geral, tais viagens são proibidas. A ponte quebra mais rápido que a velocidade da luz, tornando-a intransponível. Portanto, as pontes Einstein-Rosen são instáveis e inobserváveis – estruturas matemáticas, não portais.
No entanto, a metáfora do buraco de minhoca prosperou na cultura popular e na física teórica especulativa. O pensamento de Buracos negros Regiões distantes do universo podem ser conectadas – ou atuar sobre elas Máquinas do tempo – inspirou inúmeros artigos, livros e filmes.
No entanto, não há nenhuma evidência observacional de buracos de minhoca macroscópicos, nem há qualquer razão teórica convincente para esperá-los na teoria de Einstein. Extensões especulativas da física – etc. Formas fascinantes de matéria Ou Mudanças na relatividade geral – propostas para apoiar tais estruturas não foram testadas e são altamente especulativas.
Duas flechas do tempo
Nosso trabalho recente revisita o quebra-cabeça da ponte Einstein-Rosen usando uma descrição quântica moderna do tempo, baseada em ideias desenvolvidas por Sravan Kumar e Jono Marto.
Em vez de um túnel através do espaço, pode ser entendido como dois componentes complementares de um estado quântico. Num deles, o tempo flui para frente; Em outro, ele flui para trás a partir do seu estado reflexivo no espelho.
Esta simetria não é um desejo filosófico. Uma vez excluídos os infinitos, a evolução quântica deverá ser total e microscopicamente reversível – mesmo na presença da gravidade.
A “ponte” revela que ambos os componentes de tempo são necessários para descrever um sistema físico completo. Em circunstâncias normais, os físicos ignoram os elementos modificadores do tempo, escolhendo uma única flecha do tempo.
Mas perto de buracos negros, ou em universos em expansão e em colapso, ambas as direções devem ser incluídas para uma descrição quântica consistente. É aqui que surgem naturalmente as pontes Einstein-Rosen.
Resolvendo conflitos de informações
No nível microscópico, a ponte nos permite transmitir informações além do que nos parece horizonte de eventos – Ponto sem retorno. A informação não desaparece; Continua a evoluir, mas na direção oposta, refletindo a direção temporal.
Esta estrutura fornece uma resolução natural para o famoso paradoxo da informação do buraco negro. Em 1974, Stephen Hawking mostrou Os buracos negros irradiam calor e eventualmente evaporam, aparentemente destruindo toda a informação sobre o que neles caiu – contrariando o princípio quântico de que a evolução deveria preservar a informação.
A contradição surge apenas se insistirmos em descrever os limites usando uma seta única e unilateral do tempo estendida até o infinito – uma suposição que a mecânica quântica não exige.
Se a descrição quântica completa incluísse ambas as direções de tempo, nada seria realmente perdido. A informação sai da nossa direção do tempo e ressurge ao contrário. A totalidade e a razão são preservadas sem invocar uma nova física exótica.
Essas ideias são difíceis de compreender porque somos seres macroscópicos que vivenciam apenas uma direção. Na escala cotidiana, a desordem – ou entropia – aumenta. Um estado altamente ordenado evolui naturalmente para um estado desordenado e nunca reverte. Isso nos dá a flecha do tempo.
Mas a mecânica quântica permite um comportamento mais sutil. Curiosamente, já podem existir evidências desta estrutura oculta. Fundo Cósmico de Microondas – Retroiluminado Big Bang – mostra uma assimetria pequena, mas consistente: Uma preferência por uma orientação espacial em vez de sua imagem espelhada.
Esta anomalia tem intrigado os cosmólogos há duas décadas. Os modelos padrão atribuem uma probabilidade muito baixa – a menos que elementos quânticos espelhados sejam incluídos.
Ecos de um universo anterior?
Esta imagem se conecta naturalmente com possibilidades profundas. O que chamamos de “Big Bang” pode não ter sido um começo absoluto, mas um salto – uma transição quântica entre duas fases invertidas no tempo da evolução cósmica.
Nesse cenário, os buracos negros podem atuar como pontes não apenas entre direções temporais, mas também entre diferentes épocas cosmológicas. Nosso universo Poderia ser o interior de um buraco negro Outro, criado no cosmos pai. Pode ter-se formado quando uma região fechada do espaço-tempo entrou em colapso, recuperou-se e começou a expandir-se para o universo que observamos hoje.
As observações também fornecem uma forma de decidir se esta imagem está correta. Relíquias da fase pré-rebote – como pequenos buracos negros – podem sobreviver à transição e reaparecer no nosso universo em expansão. Algumas das coisas invisíveis que chamamos de matéria escura são, na verdade, compostas por essas relíquias.
Nesta visão, o Big Bang evoluiu a partir das condições de compressão anteriores. Buracos de minhoca não são necessários: a ponte é temporal, não espacial – e o Big Bang se torna uma entrada, não um começo.
Esta reinterpretação das pontes Einstein-Rosen não oferece atalhos através de galáxias, viagens no tempo e vermes de ficção científica ou Hiperespaço. O que ele tem a oferecer é muito profundo. Isto fornece uma imagem quântica estável da gravidade, na qual o espaço-tempo envolve um equilíbrio entre direções opostas do tempo – e o nosso universo pode ter tido uma história antes do Big Bang.
Não descarta a relatividade de Einstein ou a física quântica – complementa-as. A próxima revolução na física poderá não nos levar mais rápido do que a luz — mas poderá revelar que o tempo, nas profundezas do mundo microscópico e num universo pulsante, flui em ambos os sentidos.
