Mistério resolvido? Buracos negros podem ser defeitos do espaço-tempo!

Quando pensamos em buracos negros, logo vem na nossa cabeça grandes esferas com um anel ao redor que nem mesmo a luz conseguiria escapar. Filmes, como Interestelar de 2014, mostram esses objetos como grandiosas entidades astronômicas.

A ideia de buracos negros negros nasceu com a Relatividade Geral proposta por Einstein em 1915. A Relatividade Geral é a melhor teoria física para descrever o Universo e a gravidade. Porém, ao aplicá-la no domínio da Mecânica Quântica, a Relatividade Geral falha em descrever singularidades.

A Teoria das Cordas, uma teoria matemática, que poderia oferecer uma solução para descrever o domínio onde a Mecânica Quântica e a Relatividade Geral se juntam. Nela, buracos negros poderiam ser descritos como defeitos topológicos como publicado na Physical Review esse mês.

Relatividade Geral

A Relatividade Geral é a teoria proposta por Albert Einstein para descrever o tecido do Universo. Nela, o Universo possui 4 dimensões em um conceito chamado de espaço-tempo. O que conhecemos como gravidade seria a curvatura desse espaço-tempo, segundo Einstein.

Cada vez mais, a Relatividade Geral se mostra como uma teoria correta para descrever o domínio do macro como estrelas, galáxias, buracos negros e o próprio Universo.

Um dos testes importantes foi o eclipse de 1919 onde, pela primeira vez, a teoria da Relatividade Geral foi confirmada. O Brasil fez parte desse teste, pois Sobral no Ceará foi escolhido como um dos lugares para fazer as medições necessárias do eclipse.

O problema da Relatividade Geral

A Relatividade Geral descreve perfeitamente bem o domínio do Universo, porém quando vamos para coisas pequenas como as partículas que descrevem um átomo, ela começa a apresentar falhas. Partículas são explicadas por outra teoria bem estabelecida, a Mecânica Quântica.

A Mecânica Quântica, que teve seus pilares estabelecidos no século XX por diversos físicos, é responsável pelo domínio do micro. A Quântica também foi testada e comprovada com uma série de experimentos. O Modelo Padrão é dado como o modelo mais bem sucedido da Física.

O problema surge quando tentamos juntar a Relatividade Geral, com a Mecânica Quântica. Essas duas teorias parecem não conversar ou se encaixar. Isso fica mais complicado quando encontramos algo no Universo que está dentro no domínio das duas: a singularidade.

Buracos negros

Buracos negros são distorções extremas do espaço-tempo. No centro desses objetos há uma singularidade: um ponto no espaço-tempo que a distorção é tão extrema que está tendendo ao infinito. Infinitos não são bem aceitos dentro de uma teoria da Física. Isso é um indicativo que a Relatividade Geral, que descreve essas distorções, é uma aproximação.

Por estar no domínio do micro, as singularidades poderiam ser descritas pela Mecânica Quântica mas esta, por sua vez, falha quando é necessário introduzir o conceito de gravidade dentro de sua teoria. Levando a crer que também seja uma aproximação da descrição do Universo.

Para resolver esse problema, os físicos esperam que uma área chamada de Gravitação Quântica consiga juntar a Relatividade Geral com a Mecânica Quântica. Uma candidata famosa surgiu dentro de uma teoria matemática: a Teoria das Cordas.

O que é a Teoria das Cordas?

A Teoria das Cordas é uma teoria matemática que descreve todas partículas e forças como vibrações em cordas. Essas vibrações aconteceriam um espaço com mais de três dimensões. Essas dimensões podem estar entrelaçadas entre si e tornar a observação ainda mais complicada.

Ao estudar a Teoria das Cordas se encontra algo chamado sóliton topológico. Esses sólitons topológicos podem ser descritos como defeitos no espaço-tempo, algo como rachaduras que se encontra em pedras de gelo. Os sólitons topológicos surgiriam de forma natural sem a necessidade de forças ou matéria.

Buracos negros na teoria das cordas?

Estudando o que aconteceria com a luz ao passar em um ambiente contendo um sóliton topológico, os físicos perceberam que os efeitos são bastante semelhantes a de um outro objeto bastante famoso: um buraco negro.

Os sólitons topológicos conseguiriam distorcer a trajetória de um feixe de luz da mesma forma que um buraco negro consegue.

A diferença só seria perceptível quando se aproximasse desses objetos. No caso do sóliton topológico não haveria a presença de um horizonte de eventos. Em tese, seria possível chegar próximo ao sóliton sem ser engolido.

Os sólitons ainda permanecem como objetos hipotéticos e de natureza puramente matemática. Estudar esses conceitos nos ajuda a entender melhor as diferenças das observações com o que é previsto pela Teoria das Cordas.