Buracos de minhoca mecânicos quânticos preenchem lacunas na entropia do buraco negro – Physics World

Um novo modelo teórico poderia resolver um quebra-cabeça de 50 anos sobre a entropia dos buracos negros. Desenvolvido por físicos dos EUA, Bélgica e Argentina, o modelo utiliza o conceito de buracos de minhoca da mecânica quântica para contar o número de microestados quânticos dentro de um buraco negro. As contagens resultantes concordam com as previsões feitas pela chamada fórmula de entropia de Bekenstein-Hawking e podem levar a uma compreensão mais profunda destes objetos astrofísicos extremos.

Termodinâmica do buraco negro

Os buracos negros recebem esse nome porque sua intensa gravidade distorce tanto o espaço-tempo que nem mesmo a luz consegue escapar depois de entrar neles. Isso torna impossível observar diretamente o que se passa dentro deles. No entanto, graças ao trabalho teórico realizado por Jacob Bekenstein e Stephen Hawking na década de 1970, sabemos que os buracos negros têm entropia, e a quantidade de entropia é dada por uma fórmula que leva os seus nomes.

Na termodinâmica clássica, a entropia surge do caos e da desordem microscópica, e a quantidade de entropia em um sistema está relacionada ao número de microestados consistentes com uma descrição macroscópica desse sistema. Para objetos quânticos, uma superposição quântica de microestados também conta como um microestado, e a entropia está relacionada ao número de maneiras pelas quais todos os microestados quânticos podem ser construídos a partir de tais superposições.

As causas da entropia do buraco negro são uma questão em aberto, e uma descrição puramente mecânica quântica tem escapado até agora aos cientistas. Em meados da década de 1990, os teóricos das cordas desenvolveram uma forma de contar os microestados quânticos de um buraco negro que concorda com a fórmula de Bekenstein-Hawking para certos buracos negros. No entanto, os seus métodos só se aplicam a uma classe especial de buracos negros supersimétricos com cargas e massas bem ajustadas. A maioria dos buracos negros, incluindo aqueles produzidos quando as estrelas colapsam, não estão cobertos.

Além do horizonte

No novo trabalho, investigadores da Universidade da Pensilvânia, da Universidade Brandeis e do Instituto Santa Fe, todos nos EUA, juntamente com colegas da Vrije Universiteit Brussel da Bélgica e do Instituto Balseiro da Argentina, desenvolveram uma abordagem que nos permite espiar o interior de um buraco negro. interior. Escrevendo em Physical Review Letters, eles observam que existe um número infinito de microestados possíveis por trás do horizonte de eventos de um buraco negro – a superfície limite da qual nenhuma luz pode escapar. Devido aos efeitos quânticos, estes microestados podem sobrepor-se ligeiramente através de túneis no espaço-tempo conhecidos como buracos de minhoca. Essas sobreposições tornam possível descrever os microestados infinitos em termos de um conjunto finito de superposições quânticas representativas. Estas superposições quânticas representativas podem, por sua vez, ser contadas e relacionadas à entropia de Bekenstein-Hawking.

De acordo com o Vijay Balasubramanian, físico da Universidade da Pensilvânia que liderou a pesquisa, a abordagem da equipe se aplica a buracos negros de qualquer massa, carga elétrica e velocidade de rotação. Poderia, portanto, oferecer uma explicação completa da origem microscópica da termodinâmica dos buracos negros. Na sua opinião, os microestados dos buracos negros são “exemplos paradigmáticos de estados quânticos complexos com dinâmica caótica”, e os resultados da equipa podem até conter lições sobre a forma como pensamos sobre tais sistemas em geral. Uma extensão possível seria procurar uma maneira de usar efeitos quânticos sutis para detectar microestados de buracos negros fora do horizonte.

Juan Maldacena, um teórico do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, EUA, que não esteve envolvido neste estudo, considera a pesquisa uma perspectiva interessante sobre microestados de buracos negros. Ele observa que se baseia no cálculo de propriedades estatísticas da sobreposição de estados puros de buracos negros que são preparados através de diferentes processos; embora não seja possível calcular o produto interno entre esses diferentes estados, a teoria da gravidade, por meio de contribuições de buracos de minhoca, torna possível calcular propriedades estatísticas de sua sobreposição. A resposta, diz ele, é de natureza estatística e segue o mesmo espírito de outro cálculo da entropia do buraco negro realizado por Hawking e Gary Gibbons em 1977, mas fornece uma imagem mais vívida dos possíveis microestados.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/