Existe uma teoria além da relatividade que permitiria que você atravesse um buraco de minhoca - Mistérios do Universo

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16 de setembro de 2020

Existe uma teoria além da relatividade que permitiria que você atravesse um buraco de minhoca

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Os buracos de minhoca são um recurso popular na ficção científica, o meio pelo qual as espaçonaves podem realizar viagens mais rápidas do que a luz e se mover instantaneamente de um ponto no espaço-tempo para outro.

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E enquanto a Teoria Geral da Relatividade proíbe a existência de "buracos de minhoca atravessáveis", pesquisas recentes mostraram que eles são realmente possíveis no domínio da física quântica.

As únicas desvantagens são que eles realmente demorariam mais para atravessar do que o espaço normal e /ou provavelmente seriam microscópicos.

Em um novo estudo realizado por dois cientistas da Ivy League, a existência de física além do Modelo Padrão pode significar que existem buracos de minhoca que não são apenas grandes o suficiente para serem percorridos, mas totalmente seguros para viajantes humanos que buscam chegar do ponto A ao ponto B.

O estudo, intitulado "Buracos de minhoca humanamente percorríveis", foi conduzido por Juan Maldacena (Professor de física teórica do Instituto de Estudos Avançados ) e Alexey Milekhin, um estudante graduado em astrofísica da Universidade de Princeton. A dupla escreveu bastante sobre o assunto dos buracos de minhoca e como eles poderiam ser um meio de viajar com segurança pelo espaço.

A teoria sobre os buracos de minhoca surgiu no início do século 20 em resposta à Teoria da Relatividade Geral de Einstein. O primeiro a postular sua existência foi Karl Schwarzschild, um físico e astrônomo alemão cujas soluções para a equação de campo de Einstein (a métrica de Schwarzschild) resultaram na primeira base teórica para a existência de buracos negros.

Uma consequência da métrica de Schwarzschild foi o que ele chamou de "buracos negros eternos", que eram essencialmente conexões entre diferentes pontos no espaço-tempo. No entanto, esses buracos de minhoca Schwarzschild (também conhecidos como pontes de Einstein-Rosen) não eram estáveis, pois desmoronariam muito rapidamente para que qualquer coisa passasse de uma extremidade à outra.

Como Maldacena e Milekhin explicaram, os buracos de minhoca percorríveis requerem circunstâncias especiais para existir. Isso inclui a existência de energia negativa, o que não é permitido na física clássica - mas é possível dentro do reino da física quântica.

Um bom exemplo disso, eles afirmam, é o Efeito Casimir, onde campos quânticos produzem energia negativa enquanto se propagam ao longo de um círculo fechado:

"No entanto, esse efeito é tipicamente pequeno porque é quântico. Em nosso artigo anterior ["Buracos de minhoca atravessáveis ​​em quatro dimensões"], percebemos que esse efeito pode se tornar considerável para buracos negros com grande carga magnética. A nova ideia era usar propriedades especiais de férmions sem massa carregados (partículas como o elétron, mas com massa zero). Para um buraco negro com carga magnética, eles viajam ao longo das linhas do campo magnético (de forma semelhante à forma como as partículas carregadas do vento solar criam as auroras perto das regiões polares de a Terra)."

O fato de que essas partículas podem viajar em um círculo ao entrar em um ponto e emergir onde começaram no espaço plano ambiente, implica que a "energia do vácuo" é modificada e pode ser negativa.

Ilustração artística de uma espaçonave passando por um buraco de minhoca para uma galáxia distante. (NASA)

A presença dessa energia negativa pode sustentar a existência de um buraco de minhoca estável, uma ponte entre pontos no espaço-tempo que não entrará em colapso antes que algo tenha a chance de atravessá-lo. 

Esses buracos de minhoca são possíveis com base na matéria que faz parte do Modelo Padrão da física de partículas. O único problema é que esses buracos de minhoca teriam de ser microscópicos em tamanho e existiriam apenas em distâncias muito pequenas.

Para viagens humanas, os buracos de minhoca teriam que ser grandes, o que requer o emprego de física além do Modelo Padrão.

Para Maldacena e Milekhin, é aqui que o modelo Randall-Sundrum II (também conhecido como teoria da geometria deformada em 5 dimensões) entra em jogo. Nomeada após os físicos teóricos Lisa Randall e Raman Sundrum, este modelo descreve o Universo em termos de cinco dimensões e foi originalmente proposto para resolver um problema de hierarquia na física de partículas.

"O modelo Randall-Sundrom II foi baseado na constatação de que este espaço-tempo de cinco dimensões também poderia estar descrevendo a física em energias mais baixas do que as que normalmente exploramos, mas que teria escapado à detecção porque se acopla à nossa matéria apenas por meio da gravidade. Na verdade, sua física é semelhante à adição de muitos campos sem massa de interação forte à física conhecida. E, por esta razão, pode dar origem à energia negativa necessária. " 

Do lado de fora, Maldacena e Milekhin concluíram que esses buracos de minhoca se assemelhariam a buracos negros carregados de tamanho intermediário que gerariam forças de maré igualmente poderosas que as espaçonaves precisariam se preocupar. Para fazer isso, eles afirmam, um viajante em potencial precisaria de um fator de impulso muito grande ao passar pelo centro do buraco de minhoca. 

Supondo que isso possa ser feito, resta saber se esses buracos de minhoca poderiam ou não atuar como um atalho entre dois pontos no espaço-tempo. Como observado, uma pesquisa anterior de href="https://www.physics.harvard.edu/people/facpages/jafferis">Daniel Jafferis da Universidade de Harvard (que também considerou o trabalho de Einstein e Nathan Rosen) mostrou que, embora possível, buracos de minhoca estáveis ​​levariam mais tempo para atravessar do que o espaço normal. 

De acordo com o trabalho de Maldacena e Milekhin, no entanto, seus buracos de minhoca quase não levariam tempo para atravessar da perspectiva do viajante. Da perspectiva de alguém de fora, o tempo de viagem seria muito mais longo, o que é consistente com a Relatividade Geral - onde as pessoas que viajam perto da velocidade da luz experimentam dilatação do tempo (isto é, o tempo fica mais lento). Como dizem Maldacena e Milekhin:

"Astronautas passando pelo buraco de minhoca levariam apenas 1 segundo do seu tempo para viajar 10.000 anos-luz de distância (aproximadamente 1/10 do tamanho da Via Láctea). Um observador que não passa pelo buraco de minhoca e fica do lado de fora vê-os demorando mais de 10.000 anos. E tudo isso sem uso de combustível, já que a gravidade acelera e desacelera a nave. "

Outro bônus é que a travessia desses buracos de minhoca poderia ser feita sem o uso de combustível, já que a força gravitacional do próprio buraco de minhoca aceleraria e desaceleraria a espaçonave. Em um cenário de exploração espacial, um piloto precisaria navegar pelas forças de maré do buraco de minhoca para posicionar sua espaçonave corretamente e, então, deixar a natureza fazer o resto.

Um segundo depois, eles emergiriam do outro lado da galáxia!

Embora isso possa soar encorajador para aqueles que pensam que os buracos de minhoca podem ser um meio de viagem espacial algum dia, o trabalho de Maldacena e Milekhin também apresenta algumas desvantagens significativas.

Para começar, eles enfatizam que os buracos de minhoca percorríveis teriam que ser projetados usando massa negativa, uma vez que nenhum mecanismo plausível existe para a formação natural.

Embora isso seja possível (pelo menos em teoria), as configurações de espaço-tempo necessárias precisam estar presentes de antemão. Mesmo assim, a massa e o tamanho envolvidos são tão grandes que a tarefa estaria além de qualquer tecnologia prática que possamos prever. Em segundo lugar, esses buracos de minhoca só estariam seguros se o espaço fosse frio e plano, o que não é o caso além do modelo Randall Sundrum II. 

Além de tudo isso, qualquer objeto que entrasse no buraco de minhoca seria acelerado e até mesmo a presença de radiação cósmica de fundo penetrante seria um perigo significativo.

No entanto, Maldacena e Milekhin enfatizam que seu estudo foi conduzido com o propósito de mostrar que buracos de minhoca atravessáveis ​​podem existir como resultado da "interação sutil entre a relatividade geral e a física quântica".

Resumindo, os buracos de minhoca provavelmente não se tornarão uma forma prática de viajar pelo espaço - pelo menos, não de uma forma que seja previsível. Talvez eles não estivessem além de uma civilização Kardashev Tipo II ou Tipo III, mas isso é apenas especulação. Mesmo assim, saber que um elemento importante na ficção científica não está além do reino das possibilidades é certamente encorajador!

Este artigo foi publicado originalmente pela Universe Today  Leia o artigo original .
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