Túneis de buraco de minhoca no espaço-tempo podem ser possíveis, sugerem novas pesquisas

Pode haver maneiras realistas de criar pontes cósmicas previstas pela relatividade geral

Os buracos de minhoca - túneis fantásticos hipotéticos que levam de um lado para outro no Universo - foram resulatos teóricoss da teoria da relatividade gerral. Eles são reais? E se eles estão lá fora em nosso cosmos, os humanos poderão se locomover um dia através deles? Após sua previsão em 1935, a pesquisa parecia apontar que os buracos negros parecciam improváveis ​​de ser um elemento da realidade.

de um buraco de minhoca veio dos físicos Albert Einstein e Nathan Rosen em julho 1935. Eles estudaram as estranhas equações que agora sabemos que descrevem aquele bolsão inevitável de espaço que chamamos de buraco negro e perguntaram o que eles realmente representavam. Einstein e Rosen descobriram que, pelo menos teoricamente, a superfície de um buraco negro pode funcionar como uma ponte que se conecta a um segundo ponto no espaço. A viagem seria equivalente a você descer  pelo ralo da banheira e, em vez de ficar preso nos canos, entrasse em outra banheira igual à primeira.

O trabalho subsequente expandiu essa ideia, mas revelou dois desafios persistentes que impedem a formação de buracos de minhoca fáceis de detectar e utilizáveis ​​por humanos: fragilidade e pequenez. Primeiro, verifica-se que, na relatividade geral, a atração gravitacional de qualquer matéria normal que passa por um buraco de minhoca atua para fechar o túnel. Fazer um buraco de minhoca estável requer algum tipo de ingrediente atípico extra que age para manter o buraco aberto, que os pesquisadores chamam de matéria “exótica”.

Em segundo lugar, os tipos de processos de criação de buracos de minhoca que os cientistas estudaram dependem de efeitos que podem impedir a entrada de um viajante macroscópico. O desafio é que o processo que cria o buraco de minhoca e a matéria exótica que o estabiliza não pode se afastar muito da física familiar. “Exótico” não significa que os físicos podem sonhar com qualquer tipo de coisa que funcione no papel. Mas, até agora, a física familiar gerou apenas buracos de minhoca microscópicos. Um buraco de minhoca maior parece exigir um processo ou tipo de matéria incomum e verossímil. “Essa é a delicadeza”, diz Brianna Grado-White, uma física e pesquisadora de buracos de minhoca na Universidade de Brandeis.

Um avanço ocorreu no final de 2017, quando os físicos Ping Gao e Daniel Jafferis, ambos na Universidade de Harvard, e Aron Wall, do Instituto de Estudos Avançados em Princeton, NJ, descobriram uma maneira de abrir buracos de minhocacom emaranhamento quântico - um tipo de conexão de longa distância entre entidades quânticas. A natureza peculiar do emaranhamento permite que ele forneça o ingrediente exótico necessário para a estabilidade do buraco de minhoca. E como o emaranhamento é uma característica padrão da física quântica, é relativamente fácil de criar. “É realmente uma bela ideia teórica”, diz Nabil Iqbal, físico da Durham University, na Inglaterra, que não participou da pesquisa. Embora o método ajude a estabilizar os buracos de minhoca, ele ainda pode fornecer apenas os microscópicos. Mas essa nova abordagem inspirou um fluxo de trabalho que usa o truque do emaranhamento com diferentes tipos de matéria na esperança de buracos maiores e mais duradouros.

Uma ideia fácil de imaginar vem de um estudo de pré-impressão de Iqbal e seu colega da Durham University Simon Ross. Os dois tentaram ver se conseguiriam fazer com que o método Gao-Jafferis-Wall produzisse um grande buraco de minhoca. “Achamos que seria interessante, do ponto de vista da ficção científica, ultrapassar os limites e ver se isso poderia existir”, diz Iqbal. Seu trabalho mostrou como distúrbios especiais nos campos magnéticos ao redor de um buraco negro poderiam, em teoria, gerar buracos de minhoca estáveis. Infelizmente, o efeito ainda forma apenas buracos de minhoca microscópicos, e Iqbal diz que é altamente improvável que a situação ocorresse na realidade.

O trabalho de Iqbal e Ross destaca a parte delicada da construção de um buraco de minhoca: ​​encontrar um processo realista que não exija algo adicionado além dos limites da física familiar. O físico Juan Maldacena, do Instituto de Estudos Avançados, que sugeriu conexões entre buracos de minhoca e emaranhamento em 2013, e seu colaborador Alexey Milekhin, da Universidade de Princeton, encontraram um método que pode produzir grandes buracos. O problema em sua abordagem é que a misteriosa matéria escura que preenche nosso universo deve se comportar de uma maneira particular, e não podemos viver em um universo como este. “Temos uma caixa de ferramentas limitada”, diz Grado-White. “Para que algo tenha a aparência que precisamos, há um limite de coisas que podemos fazer com essa caixa de ferramentas.”O boom na pesquisa de buracos de minhoca continua. Até agora, nada como uma máquina de buraco de minhoca de tamanho humano feita sob encomenda parece provável, mas os resultados mostram progresso. “Estamos aprendendo que podemos, de fato, construir buracos de minhoca que permanecem abertos usando efeitos quânticos simples”, diz Grado-White. “Por muito tempo, não pensamos que essas coisas fossem possíveis de construir - descobrimos que podemos.”

Texto original: Brendan Z. Foster/SCIENTIFIC AMERICAN