que acontece com algo que cai em um buraco negro?  0 POR LUCAS RABELLO EM 15 DE SETEMBRO DE 2014
Autor: Ricardo Galhardo | Publicado: 2014-09-15T16:21:00-07:00


Os&nbsp;buracos negros&nbsp;têm uma reputação justificadamente aterrorizante. Se você deixar cair suas chaves lá dentro, as esqueça, porque elas sumiram. Mas um buraco negro pode se “lembrar” do que ele comeu? Será que podemos reconstruir um objeto que nele caiu? Em outras palavras, a informação de um objeto é totalmente perdida quando ele é engolido por um buraco negro?





Só entender a questão em si exigirá um pouco de abstração, e uma boa quantidade de contexto. Mas vamos começar com alguns lembretes úteis sobre buracos negros.



Buracos negros e a entropia

Os buracos negros – ou pelo menos os não-rotativos – são objetos extremamente simples. Eles têm um ponto de não retorno, chamado horizonte de eventos, uma singularidade incompreensível no centro, e estruturalmente, é só. Qualquer coisa, até mesmo a luz, se ultrapassar o horizonte de eventos, mesmo que por um instante, não terá mais volta.

Mas você é o que você come. O mesmo pode ser dito de um buraco negro?

De acordo com a&nbsp;relatividade geral, existem apenas 3 parâmetros para sabermos tudo sobre um buraco negro: sua massa, sua carga elétrica, e seu momento angular e, na maioria das vezes, apenas o primeiro número realmente importa.

Você coloca um objeto lá, e poof! Não importa o quão complicado ou o quão simples o objeto seja, ele foi embora. Isto parece violar uma das ideias mais fundamentais da física: a 2 ª da lei da termodinâmica.

A essência da segunda lei termodinâmica é que a entropia – uma medida da desordem do universo – irá aumentar ao longo do tempo perpetuamente. Mas parece que despejar toda a entropia de um objeto em um buraco negro permite violar a segunda lei inteiramente.

Felizmente (pelo menos para o nosso relacionamento contínuo hipotético com nosso objeto que a gente jogou dentro do buraco negro), os buracos negros são um pouco mais complexos. A aleatoriedade do universo faz dos horizontes de eventos lugares espantosamente interessantes. Mas, para entender o porquê, precisamos mergulhar no mundo da informação.

Entropia e Informação

Em 1948, o cientista Claude Shannon fundou um ramo de pesquisa conhecido como teoria da informação. Assim como a mecânica quântica fez da computação moderna fisicamente possível, a teoria da informação revolucionou a criptografia e comunicação, e ajudou a tornar inovações como a Internet possíveis.

Um dos princípios da teoria de informação é que a informação e a entropia estão intimamente relacionadas. Assim como a entropia de um gás descreve o número de maneiras diferentes que os átomos podem ser trocados uns com os outros, a informação de um sinal descreve o número de diferentes mensagens que podem ser transmitidas.

Mas a informação e a entropia não são a mesma coisa, embora matematicamente sejam muito parecidas. Em muitos aspectos, elas são opostas. Um sistema com alta entropia contém muito pouca informação, porque não sabemos quase nada sobre ele. Mas, por outro lado, um sistema que parece ter entropia muito alta também pode ser pensado como um dispositivo com potencial para armazenar uma grande quantidade de informações, se você estiver disposto a olhar de perto o suficiente.

Buracos Negros e Informação

Isso nos leva de volta aos buracos negros, e de volta à pergunta original. Se os buracos negros contêm quase nenhuma informação, como eles podem lembrar o que caiu neles?

Em 1974, Stephen Hawking percebeu que os buracos negros devem, finalmente, liberar radiação. Por quê? Porque o vácuo do espaço é constantemente inundado com a criação de partículas e antipartículas, e algumas são engolidas pelo buraco negro, e algumas escapam dele.

Há algumas grandes diferenças entre os buracos negros “clássicos” (como foram entendidos por&nbsp;Einstein), e buracos negros “quânticos” (estendidos por Hawking).

Por um lado, os buracos negros clássicos duram para sempre, então a informação do que está dentro não é realmente um problema (o que cai lá dentro, fica lá dentro). Da mesma forma, os buracos negros clássicos (como vimos) tem apenas 3 parâmetros de informação.

Mas uma vez que você introduz a mecânica quântica, as coisas tornam-se muito mais interessantes. Por um lado, buracos negros quânticos irradiam radiação (e, em última instância, evaporam) e liberam calor. O calor é o pão com manteiga da termodinâmica e, com isso, surge a possibilidade de codificar a informação.

Os buracos negros têm uma enorme quantidade de entropia. Para colocar as coisas em perspectiva, há tanta entropia na superfície de um único buraco negro supermassivo (como no centro da nossa galáxia), como havia em todo o universo observável no início do tempo. Todas esses possíveis “microestados” carregam com eles a possibilidade de armazenar grandes quantidades de informação. Devemos observar, porém, que no momento, não é totalmente claro como a informação pode ser codificada sobre a superfície de um buraco negro.

Além do mais, uma vez que os buracos negros evaporarão completamente (daqui a alguns quatrilhões de anos), a radiação que ele envia para o espaço contém informações suficientes para reconstruirmos o nosso objeto?

Não temos certeza. Dizemos isso porque a compreensão de como a mecânica quântica e os buracos negros interagem de uma maneira fundamental precisa de uma teoria da gravidade quântica que, infelizmente, ainda não temos.

“Se você pular em um buraco negro, sua energia e massa será devolvida ao nosso universo, de uma forma mutilada que contém as informações sobre como você era, mas em um estado onde você não pode ser facilmente reconhecido. É como queimar um livro. A informação não se perde, se mantém na fumaça e nas cinzas. Mas é difícil de ler. Na prática, seria muito difícil voltar a construir um objeto macroscópico como um livro que caiu dentro de um buraco negro.”

O que isto significa é que, quando os buracos negros evaporam, a radiação que eles emitem não é perfeitamente aleatória. Em vez disso, as informações são criptografadas, de modo que é possível reconstruir o que caiu lá dentro, embora não seja fácil. [io9]