Durante décadas, os físicos lutaram por um dos mistérios mais profundos da ciência moderna: o “paradoxo da informação do buraco negro”. Agora, um novo estudo teórico oferece uma possível solução que também pode lançar luz sobre outro grande mistério da física, a origem da massa das partículas fundamentais.
O paradoxo remonta ao trabalho de Stephen Hawking na década de 1970. Usando cálculos semiclássicos, Hawking mostrou que os buracos negros não são completamente negros. Em vez disso, emitem uma forma fraca de radiação que lentamente suga a sua energia, fazendo com que encolham e eventualmente desapareçam.
Este resultado criou um problema sério. De acordo com a mecânica quântica, a informação não pode ser destruída. No entanto, quando um buraco negro evapora completamente, toda a informação sobre a matéria que nele caiu parece desaparecer também. Esta aparente contradição ficou conhecida como o paradoxo da informação do buraco negro.
Nova pesquisa liderada por Richard Pinchak, publicada em Relatividade geral e gravidade sugere um resultado diferente. Os pesquisadores acreditam que a resposta pode estar na geometria dimensionalmente superior do universo.
Dimensões extras e espaço-tempo legal
A equipe investigou uma versão da gravidade conhecida como teoria de Einstein-Carton, formulada em 7 dimensões em uma estrutura matemática chamada variedade G2 com spin.
Ao contrário da teoria geral da relatividade de Einstein, que descreve o espaço-tempo como algo que pode ser dobrado ou dobrado, a teoria de Einstein-Carton também permite que o espaço-tempo se torça. Essa torção é conhecida como torção do espaço-tempo.
De acordo com o modelo, a rotação torna-se especialmente importante em densidades extremas associadas à escala de Planck. Nessas condições, cria uma força repulsiva que atua contra o colapso gravitacional.
Os pesquisadores descobriram que esse efeito repulsivo pode interromper o último estágio da evaporação de Hawking. Em vez de desaparecer completamente, o buraco negro deixará para trás um “resto” estável com uma massa prevista de cerca de 9*10-41 kg.
Restos de buracos negros como repositório de informações
Se um buraco negro nunca desaparece completamente, a questão seguinte é óbvia: o que acontece à informação que contém?
Os pesquisadores acreditam que os restos mortais servem como um depósito de informações a longo prazo. Na sua estrutura, a informação é armazenada através de um espectro de “modos quase normais” associados à estrutura do resíduo.
Mais precisamente, a informação quântica é codificada nas “vibrações” de longo prazo do campo torcional que existe na geometria do resíduo.
Seus cálculos mostram que o remanescente deixado por um buraco negro com a massa do Sol pode armazenar aproximadamente 1,515*1077 qubits de informação. Segundo os pesquisadores, esse poder é suficiente para armazenar as informações necessárias para resolver o paradoxo.
Uma possível conexão com o campo de Higgs
A pesquisa também vai além dos buracos negros e chega à física de partículas.
Os pesquisadores argumentam que reduzir a geometria de 7 para 4 dimensões, o espaço-tempo que vivenciamos, cria naturalmente uma escala eletrofraca de ~246$ GeV). Essa escala de energia está intimamente relacionada ao campo de Higgs, que é responsável por dar massa às partículas elementares.
Dentro do modelo, o valor esperado de vácuo (VEV) do campo de torção é identificado dinamicamente com a escala eletrofraca (cerca de 246 GeV).
Como resultado, o mesmo mecanismo geométrico que impede a evaporação completa dos buracos negros e preserva a informação quântica também pode fornecer uma explicação geométrica para o problema da hierarquia de massa, um dos problemas de longa data da física de partículas.
Como a teoria pode ser testada?
Se as dimensões extras desempenham um papel tão fundamental, por que os cientistas não as observaram diretamente?
Segundo o estudo, partículas associadas a esses tamanhos (excitações de Kaluzzi-Klein) teriam massa de aproximadamente 8,6*1015 GeV. Esta escala de energia está cerca de sete ordens de magnitude além do que o Grande Colisor de Hádrons (LHC) pode alcançar.
No entanto, os autores enfatizam que estar fora do alcance dos atuais aceleradores de partículas não torna a teoria impossível de ser testada.
Como a estrutura é construída sobre relações geométricas específicas, ela faz previsões específicas que podem ser potencialmente testadas com observações astronômicas.
Uma possibilidade tem a ver com os próprios remanescentes estáveis do buraco negro. Resíduos previstos (9*10-41 kg) pode contribuir para a matéria escura. A detecção dos efeitos gravitacionais dessas propostas “relíquias de Planck” forneceria suporte direto para a teoria.
O modelo também faz previsões distintas sobre como a informação é codificada nas “vibrações” dos resíduos (modos quase normais), fornecendo uma assinatura matemática que a distingue de ideias concorrentes.
Além disso, as escalas de energia extremamente altas envolvidas são características do universo primitivo. Isto significa que traços da geometria 7-dimensional proposta podem ser preservados na radiação cósmica de fundo ou nas ondas gravitacionais primordiais.
Ao combinar buracos negros, informação quântica, dimensões extras e o campo de Higgs numa única estrutura, o estudo oferece uma tentativa ambiciosa de resolver muitos problemas não resolvidos da física. Se a ideia estiver correta, o paradoxo da informação do buraco negro pode não exigir uma revisão da mecânica quântica. Em vez disso, poderia apontar para uma compreensão mais profunda da realidade enraizada na estrutura de 7 dimensões do espaço-tempo.
