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Físicos propõem conexão entre buracos de minhoca e emaranhamento

Nova teoria conecta o emaranhamento quântico com a Relatividade Geral de Einstein

stock.xchng/vkrame
Por Clara Moskowitz

Físicos declaram que buracos de minhoca e emaranhamento – dois dos conceitos preferidos da ficção científica – podem na realidade ser dois lados da mesma moeda. As descobertas podem oferecer uma maneira de resolver complexos mistérios sobre buracos negros e talvez ajudar a reconciliar teorias da gravidade e da física quântica, o que é o sonho dos físicos desde meados do século 20.

Buracos de minhoca são atalhos hipotéticos pelo espaço-tempo, também conhecidos como pontes de Einstein-Rosen, assim chamados em homenagem a Albert Einstein e Nathan Rosen, que os previram em 1935. O emaranhamento é outra maneira de conectar dois objetos distantes: quando duas partículas estão emaranhadas, elas guardam uma conexão mesmo quando separadas por grandes distâncias, de modo que ações sobre um deles afetam o outro. O emaranhamento foi demonstrado em experimentos da física quântica com partículas, mas os buracos de minhoca, que surgem na relatividade geral, são puramente teóricos. Há muito tempo se acreditava que os dois fenômenos não tinham relação.

Então os físicos Leonard Susskind da Stanford University, e Juan Maldacena do Instituto de Estudos Avançados em Princeton, Nova Jersey, começaram a pensar sobre emaranhar dois buracos negros. Em geral, acredita-se que o emaranhamento ocorra entre partículas minúsculas, não entre objetos cósmicos gigantescos. Mas se dois buracos negros fossem emaranhados, e em seguida separados um do outro, o resultado, concluíram os físicos, seria um buraco de minhoca a conectá-los. Susskind e Maldacena postularam essa ligação entre buracos e minhoca e emaranhamento no começo deste ano.

Desde então, duas equipes independentes encontraram apoio para a ideia. Elas mostram, em teoria, que quarks emaranhados de fato ficam conectados por um buraco de minhoca em uma versão reduzida da realidade. Nesse modelo é como se o buraco de minhoca existisse em nosso mundo real de quatro dimensões (três dimensões de espaço e uma de tempo), mas os quarks só ficassem emaranhados em um simulacro plano da realidade, em três dimensões. (Esse tipo de modelagem é semelhante a usar um holograma bidimensional para representar um objeto 3D). “O que Maldacena e Susskind querem dizer é, literalmente, que onde houver emaranhamento, haverá buracos de minhoca”, explica Andreas Karch da University of Washington, coautor de um dos dois novos artigos.

Maldacena e Susskind chegam ao ponto de igualar os dois na relação ER = EPR, onde ER se refere à ponte Einstein-Rosen (ou buraco de minhoca) e EPR é a abreviação de Einstein-Podolsky-Rosen, outro termo para o emaranhamento. “Nossa afirmação é mais fraca, mas é mais fácil de demonstrar”, observa Karch. Em sua versão, buracos de minhoca não são equivalentes ao emaranhamento; em vez disso, buracos de minhoca em quatro dimensões são matematicamente análogos ao emaranhamento em três. Karch e seu colaborador, Kristan Jensen da University of Victoria na Columbia Britânica, publicaram suas descobertas em 20 de novembro no periódico Physical Review Letters. Com base em seu trabalho, Julian Sonner do Instituto de Tecnologia de Massachusetts fortaleceu o argumento em um artigo publicado na mesma edição do periódico.

“Esses artigos são interessantes para se estudar a conexão entre emaranhamento e geometria no contexto da dualidade gauge/gravidade”, ou o princípio holográfico que os pesquisadores usaram para simplificar seus cálculos, observa Maldacena, que também é o desenvolvedor original do princípio holográfico. Ele concorda com Susskind, no entanto, que os quarks emaranhados dos novos artigos são um sistema muito diferente para serem comparados com ER = EPR, em parte porque os estudos ignoram os efeitos da gravidade. “ER = EPR é algo que só faz sentido em uma teoria com gravidade”, aponta Susskind. “No melhor dos casos, eles estão propondo algum tipo de analogia”.

Se buracos de minhoca são atalhos pelos quais nada pode passar, para que eles servem? “Mesmo que nós não possamos viajar pelo buraco de minhoca para ir do ponto A até o ponto B, a mecânica quântica sabe sobre eles”, declara Jensen. “Isso permite que regiões diferentes do espaço tempo se comuniquem através da mecânica quântica”.

A conjectura ER=EPR pode ser um passo na direção de formular uma teoria quântica da gravidade que possa descrever completamente buracos negros e outros pontos de interesse da mecânica quântica e da relatividade geral. “Muitas pessoas vêm propondo várias maneiras em que o emaranhamento poderia de fato ser usado para fazer emergir a teoria do espaço-tempo prevista por Einstein”, conta Sonner, “então a curvatura tem a ver com o emaranhamento subjacente a tudo”.

A correlação entre emaranhamento e buracos de minhoca também pode ser uma maneira de resolver um complexo paradoxo sobre buracos negros descoberto no ano passado. Cientistas perceberam que para que várias regras da física se sustentem, as fronteiras de buracos negros teriam que ser protegidas por firewalls – muralhas de energia que imediatamente destruiriam qualquer coisa que as atingisse. Mas os próprios firewalls entram em conflito com princípios da física, como a ideia de que uma pessoa caindo em um buraco negro não deve perceber nada de estranho quando cruzar sua fronteira, ou horizonte de eventos. Susskind e Maldacena desenvolveram a relação ER=EPR em resposta ao paradoxo. “Se isso estiver correto, pode ser parte da razão de firewalls não existirem”, conclui Jensen.