Buraco de Minhoca: ​​história, teoria, tipos, treinamento

Um buraco de minhoca , em astrofísica e cosmologia, é uma passagem que conecta dois pontos no tecido espaço-temporal.Assim como a maçã em queda inspirou a teoria da gravitação de Isaac Newton em 1687, os vermes que perfuram as maçãs inspiraram novas teorias, também no quadro da gravitação.

Assim como o verme consegue alcançar outro ponto na superfície do bloco através de um túnel, os buracos do espaço-tempo constituem atalhos teóricos que permitem viajar para locais distantes do universo em menos tempo.

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Buraco de minhoca espaço-tempo: visão artística. Fonte: Pixabay

É uma ideia que capturou e continua a capturar a imaginação de muitos. Enquanto isso, os cosmólogos estão procurando maneiras de provar sua existência. Mas, no momento, eles ainda estão sujeitos a especulações.

Para se aproximar um pouco mais da compreensão dos buracos de minhoca, da possibilidade de o tempo viajar através deles e das diferenças que existem entre buracos de minhoca e buracos negros, você deve se colocar no conceito de espaço-tempo.

O que é o espaço-tempo?

O conceito de espaço-tempo está intimamente ligado ao conceito de buraco de minhoca. Portanto, é necessário estabelecer primeiro o que é e qual é sua principal característica.

Espaço-tempo é o lugar onde todo e qualquer evento do universo ocorre. E o universo, por sua vez, é a totalidade do espaço-tempo, capaz de abrigar todas as formas de matéria-energia e muito mais …

Quando o noivo encontra a noiva, é um evento, mas esse evento tem coordenadas espaciais: o local do encontro. E uma coordenada temporária: ano, mês, dia e hora da reunião.

O nascimento de uma estrela ou a explosão de uma supernova também são eventos que se desenvolvem no espaço-tempo.

Agora, em uma região do universo livre de massa e interações, o espaço-tempo é plano. Isso significa que dois raios de luz que começam paralelos continuam assim, enquanto permanecerem nessa região.A propósito, para um raio de luz, o tempo é eterno.

Obviamente, o espaço-tempo nem sempre é plano. O universo contém objetos que possuem massa que modificam o espaço-tempo, criando uma curvatura do espaço-tempo em uma escala universal.

Foi o próprio Albert Einstein que percebeu, em um momento de inspiração, que ele chamou de “a idéia mais feliz da minha vida” , que um observador acelerado é localmente indistinguível de outro que está próximo a um objeto maciço. É o famoso princípio da equivalência.

E um observador acelerado curva o espaço-tempo, ou seja, a geometria euclidiana não é mais válida. Portanto, no ambiente de um objeto massivo, como uma estrela, um planeta, uma galáxia, um buraco negro ou o próprio universo, as curvas espaço-tempo.

Essa curvatura é percebida pelos seres humanos como uma força chamada gravidade, todos os dias, mas misteriosa ao mesmo tempo.

A gravidade é tão enigmática quanto a força que nos empurra para a frente quando o ônibus em que viajamos freia bruscamente. É como se de repente algo invisível, sombrio e maciço, por alguns instantes, fosse colocado na frente e nos atraísse, empurrando-nos de repente.

Os planetas se movem elipticamente ao redor do Sol porque sua massa produz uma depressão na superfície espaço-tempo que faz com que os planetas curvem suas trajetórias.Um raio de luz também curva sua trajetória após a depressão espaço-temporal produzida pelo Sol.

Túneis através do espaço – tempo

Se o espaço-tempo é uma superfície curva, em princípio nada impede que uma área se conecte com outra através de um túnel. Viajar por um túnel como esse implicaria não apenas mudar de lugar, mas também oferecer a possibilidade de ir para outro momento.

Essa idéia inspirou muitos livros, séries e filmes de ficção científica, incluindo a famosa série americana dos anos sessenta “The Time Tunnel” e, mais recentemente, “Deep Space 9” da franquia Star Trek e o filme interestelar de 2014.

A idéia veio do próprio Einstein, que procurava soluções para as equações de campo da Relatividade Geral, encontrou com Nathan Rosen uma solução teórica que permitia que duas regiões diferentes do espaço-tempo fossem conectadas através de um túnel que funcionava como atalho.

Essa solução é conhecida como ponte Einstein-Rosen e aparece em um artigo publicado em 1935.

No entanto, o termo “buraco de minhoca” foi usado pela primeira vez em 1957, graças aos físicos teóricos John Wheeler e Charles Misner em uma publicação naquele ano. Anteriormente, havia se falado em “tubos unidimensionais” para se referir à mesma idéia.

Mais tarde, em 1980, Carl Sagan estava escrevendo o romance de ficção científica “Contact”, um livro do qual um filme foi feito mais tarde. O protagonista Elly descobre uma vida extraterrestre inteligente a 25 mil anos-luz de distância. Carl Sagan queria que Elly viajasse para lá, mas de uma maneira que fosse cientificamente credível.

Andar a 25 mil anos-luz de distância não é uma tarefa fácil para um ser humano, a menos que seja buscado um atalho. Um buraco negro não pode ser uma solução, pois ao se aproximar da singularidade, a gravidade diferencial rasgaria o navio e sua tripulação.

Em busca de outras possibilidades, Carl Sagan consultou um dos principais especialistas em buracos negros da época: Kip Thorne, que começou a pensar no assunto e percebeu que as pontes de Einstein-Rosen ou os buracos de minhoca Wheeler foi a solução.

No entanto, Thorne também notou que a solução matemática era instável, ou seja, o túnel se abre, mas logo se estrangula e desaparece.

A instabilidade dos buracos de minhoca

É possível usar buracos de minhoca para percorrer grandes distâncias no espaço e no tempo?

Desde que foram concebidos, os buracos de minhoca serviram em inúmeras parcelas de ficção científica para levar seus protagonistas a lugares remotos e experimentar paradoxos não lineares do tempo.

Kip Thorne encontrou duas soluções possíveis para o problema da instabilidade do buraco de minhoca:

  • Através da chamada espuma quântica . Em uma escala de Planck (10 a 35 m), existem flutuações quânticas capazes de conectar duas regiões do espaço-tempo através de microtúneis. Uma civilização hipotética muito avançada poderia encontrar uma maneira de ampliar as passagens e mantê-las por tempo suficiente para que um humano passasse.
  • Matéria negativa em massa. De acordo com os cálculos publicados em 1990 pelo próprio Thorne, seriam necessárias grandes quantidades desse material estranho para manter abertas as extremidades do buraco de minhoca.

O que é notável nessa última solução é que, diferentemente dos buracos negros, não há singularidade ou fenômeno quântico, e a passagem de humanos por esse tipo de túnel seria viável.

Dessa maneira, os buracos de minhoca não apenas permitiam que regiões remotas fossem conectadas no espaço, mas também separadas no tempo. Portanto, são máquinas de viagem no tempo.

Stephen Hawking, o grande referente da cosmologia no final do século 20, não acreditava que os buracos de minhoca ou as máquinas do tempo fossem viáveis, por causa dos muitos paradoxos e contradições que surgiam deles.

Isso não diminuiu o espírito de outros pesquisadores, que sugeriram a possibilidade de que dois buracos negros em diferentes áreas do espaço-tempo sejam conectados internamente por um buraco de minhoca.

Embora isso não fosse prático para viagens no espaço, uma vez que, além das tribulações que trariam a singularidade do buraco negro, não haveria possibilidade de sair do outro lado, pois é outro buraco negro.

Diferenças entre buracos negros e buracos de minhoca

Quando se fala em um buraco de minhoca, os buracos negros também são pensados ​​imediatamente.

Um buraco negro se forma naturalmente, após a evolução e a morte de uma estrela que possui uma certa massa crítica.

Ele surge depois que a estrela esgota o combustível nuclear e começa a se contrair irreversivelmente devido à sua própria força gravitacional. Ele continua incansavelmente até causar um colapso tão grande que nada menos que o raio do horizonte de eventos pode escapar, nem mesmo a luz.

Em comparação, um buraco de minhoca é uma ocorrência excepcional, uma consequência de uma anomalia hipotética na curvatura do espaço-tempo. Em teoria, é possível passar por eles.

No entanto, se alguém tentasse atravessar um buraco negro, a intensa gravidade e extrema radiação no ambiente próximo da singularidade o tornariam um fino fio de partículas subatômicas.

Há evidências indiretas e apenas muito recentemente diretas da existência de buracos negros. Entre essas evidências estão a emissão e detecção de ondas gravitacionais pela atração e rotação de dois buracos negros colossais, detectados pelo observatório de ondas gravitacionais LIGO.

Há evidências de que no centro das grandes galáxias, como a Via Láctea, existe um buraco negro super maciço.

A rápida rotação das estrelas perto do centro, bem como a enorme quantidade de radiação de alta frequência que emana de lá, são evidências indiretas de que existe um enorme buraco negro que explica a presença desses fenômenos.

Foi apenas em 10 de abril de 2019 que a primeira fotografia de um buraco negro supermassivo (7.000 milhões de vezes a massa do Sol) foi mostrada ao mundo, localizada em uma galáxia distante: Messier 87 na constelação de Virgem, 55 milhões de anos-luz da Terra.

Esta fotografia de um buraco negro foi possibilitada pela rede mundial de telescópios, chamada “Event Horizon Telescope”, com a participação de mais de 200 cientistas de todo o mundo.

Dos buracos de minhoca, não há evidências até o momento. Os cientistas foram capazes de detectar e rastrear um buraco negro, mas o mesmo não foi possível com os buracos de minhoca.

Portanto, são objetos hipotéticos, embora teoricamente viáveis, como antes eram buracos negros.

Variedade / tipos de buracos de minhoca

Embora ainda não tenham sido detectados, ou talvez precisamente por isso, diferentes possibilidades foram imaginadas para os buracos de minhoca. Todos são teoricamente viáveis, pois satisfazem as equações de Einstein para a relatividade geral. Aqui estão alguns:

  • Buracos de minhoca que conectam duas regiões espaço-temporais do mesmo universo.
  • Buracos de minhoca capazes de conectar um universo a outro universo.
  • Pontes Einstein-Rosen, nas quais a matéria poderia passar de uma abertura para a outra. Embora essa passagem da matéria cause instabilidade, o colapso do túnel sobre si mesmo.
  • O buraco de minhoca de Kip Thorne, com uma casca esférica de massa negativa. É estável e transversal em ambas as direções.
  • O chamado buraco de minhoca de Schwarzschild, consistindo em dois buracos negros estáticos conectados. Eles não são transversais, pois a matéria e a luz estão presas entre as duas extremidades.
  • Buracos de minhoca com carga e / ou rotação ou Kerr, consistindo em dois buracos negros dinâmicos conectados internamente, atravessáveis ​​em uma única direção.
  • Espuma espaço-temporal quântica, cuja existência é teorizada no nível subatômico. A espuma é composta por túneis subatômicos altamente instáveis ​​que conectam diferentes áreas. Para estabilizá-los e expandi-los, seria necessária a criação de um plasma de quarks e glúons, o que exigiria uma quantidade quase infinita de energia para sua geração.
  • Mais recentemente, graças à teoria das cordas, foi teorizada sobre buracos de minhoca mantidos por cordas cósmicas.
  • Buracos negros entrelaçados e depois separados, dos quais emerge um buraco no espaço-tempo, ou ponte de Einstein-Rosen que é mantida unida pela gravidade. Esta é uma solução teórica proposta em setembro de 2013 pelos físicos Juan Maldacena e Leonard Susskind.

Todos são perfeitamente possíveis, uma vez que não são contraditórios às equações de Einstein da relatividade geral.

É possível ver buracos de minhoca algum dia?

Por muito tempo, os buracos negros foram soluções teóricas para as equações de Einstein. O próprio Einstein questionou a possibilidade de que eles pudessem ser detectados pela humanidade.

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Albert Einstein (1879-1955), autor da teoria da relatividade. Fonte: Pixabay

Por muito tempo, os buracos negros permaneceram como uma previsão teórica, até que foram encontrados e localizados. Os cientistas abrigam a mesma esperança em relação aos buracos de minhoca.

É muito possível que eles também estejam lá, mas ainda não foi aprendido a localizá-los. Embora, de acordo com uma publicação muito recente, os buracos de minhoca deixassem vestígios e sombras observáveis ​​mesmo com telescópios.

Acredita-se que os fótons se movam pelo buraco de minhoca gerando um anel luminoso. Os fótons mais próximos caem dentro e deixam para trás uma sombra que os diferencia dos buracos negros.

Segundo Rajibul Shaikh, físico do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Mumbai, na Índia, um tipo de buraco de minhoca rotativo produziria uma sombra maior e mais deformada do que a de um buraco negro.

Em seu trabalho, Shaikh estudou as sombras teóricas lançadas por um certo tipo de buraco de minhoca rotativo, concentrando-se no papel crucial da garganta do buraco na formação de uma sombra de fóton que permite que ela seja identificada e diferenciada de um buraco negro.

Shaikh também analisou a dependência da sombra com a rotação do buraco de minhoca e também a comparou com a sombra lançada por um buraco negro em rotação de Kerr, encontrando diferenças significativas. É um trabalho completamente teórico.

Além disso, no momento, os buracos de minhoca permanecem como abstrações matemáticas, mas é possível que alguns sejam vistos em breve. O que quer que esteja do outro lado, no momento ainda está conjecturado.

Referências

  1. O emaranhamento quântico pode levar à gravidade. Retirado de Cienciaaldia.com
  2. Progress of Physics, Vol. 61, edição setembro de 2013 Páginas 781-811
  3. Buraco de Minhoca Retirado de wikipedia.org
  4. Espaço-tempo. Retirado de wikipedia.org.
  5. David Nield (2018). Um artigo novo e louco sugere que os buracos de minhoca lançam sombras que poderíamos ver facilmente com os telescópios. Retirado de sciencealert.com

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