Os buracos de minhoca são frequentemente imaginados como túneis no espaço ou no tempo – atalhos no universo. Mas esta imagem baseia-se numa má compreensão do trabalho dos físicos Albert Einstein e Nathan Rosen.
Em 1935, enquanto estudavam o comportamento de partículas em regiões de extrema gravidade, Einstein e Rosen introduziu o que eles chamaram de “a ponte”: uma relação matemática entre duas cópias perfeitamente simétricas do espaço-tempo. Não foi concebido como uma passagem para viagens, mas como uma forma de manter a consistência entre gravidade e física quântica. Só mais tarde as pontes Einstein-Rosen foram associadas a buracos de minhoca, apesar de terem pouco a ver com a ideia original.
Mas em nova pesquisameus 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 que Einstein e Rosen estavam resolvendo não era sobre viagens espaciais, mas sobre como os campos quânticos se comportam no espaço-tempo distorcido. 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 teoria da relatividade geral de Einstein se aplica à gravidade e ao espaço-tempo. Conciliar os dois ainda é um dos problemas mais profundos da física. E, curiosamente, a nossa reimaginação pode oferecer uma maneira de fazer exatamente isso.
Um legado obscuro
A interpretação do “buraco de minhoca” surgiu décadas depois do trabalho de Einstein e Rosen, quando os físicos ponderavam a transição de um lado do espaço-tempo para o outro, especialmente nos estudos do final da década de 1980.
Mas essa mesma análise também mostrou quão especulativa era a ideia: tais viagens são proibidas na relatividade geral. A ponte é empurrada para trás mais rápido do que a luz consegue passar por ela, tornando-a intransponível. Portanto, as pontes Einstein-Rosen são instáveis e inobserváveis – são estruturas matemáticas, não portais.
No entanto, a metáfora do buraco de minhoca floresceu na cultura popular e na física teórica especulativa. A ideia de que os buracos negros podem ligar regiões distantes do espaço – ou mesmo funcionar como máquinas do tempo – inspirou inúmeros artigos, livros e filmes.
No entanto, na teoria de Einstein, não há evidências observacionais de buracos de minhoca macroscópicos, nem razões teóricas convincentes para esperar o seu aparecimento. Embora extensões especulativas da física – como formas exóticas de matéria ou modificações da teoria geral da relatividade — foram propostas para apoiar tais estruturas, continuam por testar e são altamente especulativas.
Duas flechas do tempo
Nosso trabalho recente revisita o quebra-cabeça da ponte Einstein-Rosen usando uma interpretação quântica moderna do tempo, com base nas ideias desenvolvidas por Sravan Kumar e João Martu.
A maioria das leis fundamentais da física não faz distinção entre passado e futuro, e esquerda e direita. Se o tempo ou o espaço forem invertidos em suas equações, as leis permanecerão válidas. Levar esta simetria a sério leva a uma interpretação diferente da ponte Einstein-Rosen.
Em vez de um túnel através do espaço, pode ser entendido como dois componentes complementares de um estado quântico. Ao mesmo tempo flui para frente; em outro, ele flui de volta de sua posição espelhada.
Esta simetria não é uma vantagem filosófica. Se o infinito for descartado, a evolução quântica deverá permanecer completa e reversível no nível microscópico – mesmo na presença da gravidade.
A “ponte” expressa o fato de que ambos os componentes de tempo são necessários para descrever o sistema físico completo. Em situações normais, os físicos ignoram o componente retroativo do tempo, optando por 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. As pontes Einstein-Rosen surgem naturalmente aqui.
Uma solução para o paradoxo da informação
No nível microscópico, a ponte permite que a informação passe através do que nos parece ser o horizonte de eventos – o ponto sem retorno. A informação não desaparece; ele continua a se desenvolver, mas na direção oposta, na direção do tempo da imagem espelhada.
Esta estrutura oferece uma solução natural para o famoso paradoxo da informação do buraco negro. Em 1974, Stephen Hawking mostrou que os buracos negros irradiam calor e podem eventualmente evaporar, aparentemente apagando toda a informação sobre o que entrou neles – o que contradiz o princípio quântico de que a evolução deve preservar a informação.
O paradoxo surge apenas se insistirmos em descrever horizontes com uma única seta unidirecional de tempo extrapolada para o infinito – uma suposição não exigida pela própria mecânica quântica.
Se uma descrição quântica completa incluir ambas as direções do tempo, nada estará realmente perdido. A informação sai da nossa direção do tempo e reaparece no sentido inverso. A integralidade e a causalidade são preservadas, sem o uso de uma nova física exótica.
Essas ideias são difíceis de compreender porque somos seres macroscópicos que vivenciam apenas uma direção do tempo. Numa escala quotidiana, a desordem – ou entropia – tende a aumentar. Um estado altamente ordenado transforma-se naturalmente num estado desordenado, nunca o contrário. Isso nos dá uma flecha do tempo.
Mas a mecânica quântica permite um comportamento mais sutil. Curiosamente, já podem existir evidências desta estrutura oculta. O Fundo Cósmico de Microondas – O Brilho do Big Bang – mostra uma assimetria pequena, mas persistente: a vantagem de uma orientação espacial sobre sua imagem espelhada.
Esta anomalia tem intrigado os cosmólogos há duas décadas. Os modelos padrão atribuem uma probabilidade muito baixa a isso – a menos que componentes quânticos especulares estejam envolvidos.
Um eco do universo anterior?
Esta imagem está naturalmente ligada a uma possibilidade mais profunda. 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 pode ser o interior de um buraco negro é formado em outro cosmos parental. Poderia ter-se formado quando uma região fechada do espaço-tempo entrou em colapso, recuperou-se e começou a expandir-se como o universo que vemos hoje.
Se esta imagem estiver correta, também oferece uma maneira de resolver as observações. Relíquias da fase pré-ressalto – como buracos negros mais pequenos – podem sobreviver à transição e reaparecer no nosso Universo em expansão. Parte da matéria invisível que atribuímos à matéria escura pode, de facto, ser constituída por tais relíquias.
De acordo com esta visão, o Big Bang surgiu de condições pré-contração. Os buracos de minhoca não são necessários: a ponte é temporal, não espacial – e o Big Bang torna-se um portal, não um começo.
Esta reinterpretação das pontes Einstein-Rosen não oferece atalhos através de galáxias, nem viagens no tempo, nem buracos de minhoca de ficção científica, nem hiperespaço. O que ele oferece é muito mais profundo. Oferece uma imagem quântica coerente da gravidade, na qual o espaço-tempo incorpora um equilíbrio entre as direções opostas do tempo – e onde o nosso universo pode ter tido uma história pré-Big Bang.
Isso não invalida a teoria da relatividade ou a física quântica de Einstein – ela as completa. A próxima revolução na física pode não nos levar mais rápido que a luz – mas pode mostrar que o tempo, nas profundezas do mundo microscópico e no universo saltitante, flui em ambas as direções.
