Buracos negros podem ter múltiplas massas ao mesmo tempo

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 01/11/2022

Buracos negros podem ter múltiplas massas ao mesmo tempo

Mecânica quântica dos buracos negros

Todos sabem que a Teoria da Relatividade e a Mecânica Quântica não costumam se falar.

De fato, a busca pela unificação dessas duas teorias, ambas altamente bem-sucedidas em suas respectivas áreas, uma no muito grande e outra no muito pequeno, é o grande desafio da ciência deste século – e talvez dos próximos.

Mas isso não quer dizer que a matemática de uma não possa encontrar aplicações na outra. Por exemplo, o professor Stephen Hawking passou quase toda a sua carreira elaborando explicações aceitáveis pela mecânica quântica para os buracos negros, previstos pela Relatividade.

Também é importante lembrar que, em situações de densidades extremas, como no centro de um buraco negro, a Teoria da Relatividade se cala porque os parâmetros físicos atingem valores infinitos – são as chamadas singularidades.

Agora, Joshua Foo e colegas da Universidade de Queensland, na Austrália, decidiram ir mais longe, testando se é possível aplicar aos buracos negros o fenômeno quântico da superposição, pelo qual partículas em uma escala quântica podem existir em vários estados ao mesmo tempo, como no conhecido exemplo do gato de Schrodinger.

Buracos negros podem ter múltiplas massas ao mesmo tempo

Buraco negro com superposição de massas

A ideia era usar a matemática da superposição quântica para ver se um buraco negro poderia ter duas massas simultaneamente. Para isso, a equipe desenvolveu um sistema de equações que permite “posicionar” uma partícula fora de um buraco negro teórico com superposição de massa.

Não é uma ideia tão estranha, já que a massa é uma característica definidora de um buraco negro. Além disso, o físico mexicano Jacob Bekenstein (1947-2015), que fez contribuições fundamentais para a fundação da termodinâmica dos buracos negros, previu que os buracos negros só podem ter massas com determinado valores, ou seja, eles devem estar dentro de certas faixas ou proporções, exatamente como os níveis de energia de um átomo, com suas órbitas de elétrons.

E deu certo: As equações desenvolvidas pela equipe mostraram que, ao menos matematicamente, um buraco negro pode ser posto em superposição, apresentando várias massas simultaneamente – até que você meça e ele “colapse” numa delas, mostrando se o buraco negro é gordo ou magro.

“Nossa modelagem mostrou que essas massas superpostas estavam, de fato, em determinadas bandas ou proporções – como previsto por Bekenstein. Não assumimos nenhum padrão desse tipo, então o fato de encontrarmos essa evidência foi bastante surpreendente. O Universo está nos revelando que é sempre mais estranho, misterioso e fascinante do que a maioria de nós jamais poderia imaginar,” disse a professora Magdalena Zych, coordenadora da equipe.

Superposição de espaços-tempos

E a matemática desenvolvida para esta demonstração é bastante genérica, permitindo estudar “superposições de espaços-tempos”, e não apenas de massas. E isto pode ser interessante para as pesquisas sobre a gravidade quântica, uma unificação da teoria da gravidade com a mecânica quântica.

“Nossa abordagem se fundamenta nas correlações não-locais na teoria quântica de campo do espaço-tempo curvo, permitindo-nos formular uma métrica para superposições de espaço-tempo, bem como caracterizar o acoplamento de detectores de partículas a um campo quântico,” escreveu a equipe. “Nós descobrimos que o detector apresenta assinaturas de efeitos gravitacionais quânticos, corroborando e estendendo a conjectura seminal de Bekenstein sobre o espectro de massa quantizado de buracos negros na gravidade quântica.”

Bibliografia:

Artigo: Quantum Signatures of Black Hole Mass Superpositions
Autores: Joshua Foo, Cemile Senem Arabaci, Magdalena Zych, Robert B. Mann
Revista: Physical Review Letters
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.181301

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