Os buracos negros não ficam parados.
Eles se agitam. Eles comem matéria. Eles se chocam e eventualmente evaporam no nada. Durante meio século, os físicos trataram-nos como se fossem rochas estáticas e imutáveis no fim do universo. Isso está errado.
Um novo estudo da Penn State revelou a termodinâmica dos buracos negros longe do equilíbrio, abandonando velhas regras por algo que realmente se ajusta à realidade.
As regras antigas só funcionavam em buracos negros congelados
Aqui está a questão dos buracos negros. Eles são extremos. Esmagando a gravidade. Fuga nula.
Na década de 1970, Stephen Hawking nos mostrou algo estranho. Os buracos negros obedecem às leis da termodinâmica. As mesmas regras que determinam como o gelo derrete ou o café esfria também parecem governar esses poços cósmicos.
Mas havia um problema.
“As leis de Hawking… têm uma limitação séria”, diz Abhay Ashtekar. Ele lidera a equipe da Penn State. “Eles foram formulados para buracos negros em equilíbrio. Imutáveis ao longo do tempo.”
Buracos negros reais nunca ficam assim.
Eles se formam. Eles se fundem. Eles desaparecem.
A velha matemática funcionou perfeitamente para um hipotético buraco negro que fica sozinho e não faz nada. Mas o universo não distribui isso.
Por que os horizontes de eventos mentem sobre a entropia
A entropia mede a desordem. A Segunda Lei da Termodinâmica diz que nunca diminui. Nos buracos negros, Hawking disse que a entropia estava ligada à área da superfície do horizonte de eventos. Esse limite é onde a gravidade fica forte demais para a luz escapar.
Parece simples. Não é.
O problema? O horizonte de eventos é teleológico.
Isso significa que sua forma depende do futuro. Não o presente. Para saber onde está um horizonte de eventos agora, você teria que saber tudo o que cai ou explode mais tarde. Isso não faz sentido para rastrear a física em tempo real.
“As propriedades não podem ser determinadas apenas pela física local”, explica o coautor Jonathan Shu. “Em vez disso, eles confiam na previsão de eventos.”
Portanto, você não pode usá-lo para medir a entropia física de buracos negros dinâmicos. A métrica é interrompida no momento em que as coisas começam a se mover.
Horizontes dinâmicos resolvem o problema de tempo
A solução envolve trocar o horizonte de eventos por outra coisa. Digite: horizontes dinâmicos.
Estes não são fantasmas teóricos. Eles são definidos por propriedades físicas em um único momento. Não há necessidade de prever o futuro.
A nova abordagem liga a entropia diretamente a duas coisas.
1. A energia do buraco negro.
2. Seu giro.
É mais limpo. Mais realista.
“Podemos aplicar essas generalizações… para entender melhor a evaporação… e as fusões de buracos negros.” –Ashtekar
Isto é importante porque vemos essas fusões o tempo todo. Detectores de ondas gravitacionais como o LIGO captam as ondulações. Mas sem uma termodinâmica precisa não podemos analisar totalmente os dados. Estamos ouvindo uma conversa para a qual ainda não temos palavras.
Isso muda a forma como vemos a gravidade?
Provavelmente.
Daniel Paraizo, um dos autores, aponta a mudança. Os modelos anteriores tratavam os buracos negros como tendo temperatura zero e entropia infinita. Eles absorveram energia e não devolveram nada. Aspiradores puros.
Então a radiação Hawking mudou isso. Buracos negros vazam energia. Eles têm temperatura. Mas as antigas leis de equilíbrio não conseguiam acompanhar essa fuga sem problemas.
Agora, com horizontes dinâmicos, você pode traçar a vida de um buraco negro. Da formação à fusão e à evaporação. Um fio contínuo de física em vez de uma série de instantâneos desconexos.
Não é mágica. É apenas a matemática que finalmente admite que a mudança é normal.
Isso explicará a gravidade quântica? Talvez. Por enquanto, isso nos permite parar de fingir que os buracos negros estão congelados em âmbar. Eles estão vivos no sentido de que a física se preocupa com a vida: mudando os sistemas.
O que acontece a seguir depende de quão bem as simulações se comportam.
