DENVER - Os pesquisadores desenvolveram um novo método indescritivelmente perigoso e incrivelmente lento de atravessar o universo. Envolve buracos de minhoca ligando buracos negros especiais que provavelmente não existem. E isso pode explicar o que realmente está acontecendo quando os físicos quantificam as informações de teletransporte de um ponto para outro - da perspectiva do bit de informação teletransportada.
Daniel Jafferis, físico da Universidade de Harvard, descreveu o método proposto em uma palestra realizada em 13 de abril aqui em uma reunião da American Physical Society. Esse método, disse ele a seus colegas reunidos, envolve dois buracos negros emaranhados para que eles sejam conectados através do espaço e do tempo.
O que é um buraco de minhoca?
A idéia deles resolve um problema de longa data: quando algo entra em um buraco de minhoca, é necessária energia negativa para sair do outro lado. (Em circunstâncias normais, a forma do espaço-tempo na saída de um buraco de minhoca torna impossível a passagem. Mas uma substância com energia negativa poderia, em teoria, superar esse obstáculo.) Mas nada na física da gravidade e no espaço-tempo - a física que descreve os buracos de minhoca - permite esses tipos de pulsos de energia negativa. Então, buracos de minhoca são impossíveis de passar.
"É apenas uma conexão no espaço, mas, se você tentar atravessá-lo, ele entrará em colapso muito rápido, para que você não possa atravessá-lo", disse Jafferis à Live Science após sua palestra.
Esse modelo mais antigo de buraco de minhoca remonta a um artigo de Albert Einstein e Nathan Rosen, publicado na Physical Review em 1935. Os dois físicos perceberam que, sob certas circunstâncias, a relatividade ditaria que o espaço-tempo se curvaria tão extremamente que uma espécie de túnel (ou "ponte") formaria a ligação de dois pontos separados.
Os físicos escreveram o artigo em parte para excluir a possibilidade de buracos negros no universo. Mas nas décadas seguintes, quando os físicos perceberam que os buracos negros existem, a imagem padrão de um buraco de minhoca se tornou um túnel onde as duas aberturas aparecem como buracos negros. No entanto, de acordo com essa ideia, como o túnel provavelmente nunca existiria naturalmente no universo, e se existisse desapareceria antes que algo passasse por ele. Nos anos 80, o físico Kip Thorne escreveu que algo poderia passar por esse buraco de minhoca se algum tipo de energia negativa fosse aplicada para manter o buraco de minhoca aberto.
Emaranhamento quântico
Jafferis, junto com o físico de Harvard Ping Gao e o físico de Stanford Aron Wall, desenvolveram uma maneira de aplicar uma versão de energia negativa que se baseia em uma idéia de uma área muito diferente da física, chamada emaranhamento.
O emaranhamento vem da mecânica quântica, não da relatividade. Em 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen publicaram outro artigo na Physical Review mostrando que, sob as regras da mecânica quântica, as partículas podem se "correlacionar" umas com as outras, de modo que o comportamento de uma partícula afeta diretamente o comportamento de outra.
Einstein, Podolsky e Rosen pensaram que isso provava que havia algo errado com suas idéias de mecânica quântica, porque permitiria que a informação se movesse mais rápido que a velocidade da luz entre as duas partículas. Agora, os físicos sabem que o emaranhamento é real e o teletransporte quântico é uma parte quase rotineira da pesquisa em física.
Eis como funciona o teletransporte quântico: emaranhe duas partículas de luz, A e B. Então, dê B ao seu amigo para levá-lo para outra sala. Em seguida, bata um terceiro fóton, C, contra o fóton A. Isso envolve A e C e quebra o emaranhamento entre A e B. Você pode medir o estado combinado de A e C - que é diferente dos estados originais de A, B ou C - e comunique os resultados das partículas combinadas ao seu amigo na próxima sala.
Sem conhecer o estado de B, seu amigo pode usar essas informações limitadas para manipular B para produzir a partícula de estado C que tinha no início do processo. Se ela medir B, ela aprenderá o estado original de C, sem que ninguém lhe diga. Informações sobre a partícula C teleportada funcionalmente de uma sala para a outra.
Isso é útil, pois pode funcionar como um tipo de código não quebrável para o envio de mensagens de um ponto para o outro.
E o emaranhamento não é apenas uma propriedade de partículas individuais. Objetos maiores também podem se enredar, embora o emaranhamento perfeito entre eles seja muito mais difícil.
Buracos negros emaranhados podem transportá-lo
Em 1935, os físicos que escreviam esses papéis não tinham idéia de que buracos de minhoca e emaranhados estavam conectados, disse Jafferis. Mas em 2013, os físicos Juan Maldacena e Leonard Susskind publicaram um artigo na revista Progress in Physics vinculando as duas idéias. Argumentaram que dois buracos negros perfeitamente entrelaçados funcionariam como um buraco de minhoca entre seus dois pontos no espaço. Eles chamaram a idéia de "ER = EPR", porque ligava o artigo de Einstein-Rosen ao artigo de Einstein-Podolsky-Rosen.
Questionado se dois buracos negros totalmente entrelaçados podem realmente existir no universo, Jafferis disse: "Não, não, certamente não".
Não é que a situação seja fisicamente impossível. É muito preciso e enorme para o nosso universo bagunçado produzir. Produzir dois buracos negros perfeitamente entrelaçados seria como ganhar na loteria, apenas zilhões e zilhões de vezes menos provável.
E se existissem, ele disse, perderiam sua correlação perfeita no momento em que algum terceiro objeto interagisse com um deles.
Mas se, de alguma forma, esse par existisse, de alguma forma, em algum lugar, então o método de Jafferis, Gao e Wall poderia funcionar.
A abordagem deles, publicada pela primeira vez no The Journal of High Energy Physics em dezembro de 2017, é assim: jogue seu amigo em um dos buracos negros emaranhados. Em seguida, meça a chamada radiação Hawking saindo do buraco negro, que codifica algumas informações sobre o estado desse buraco negro. Depois, leve essas informações para o segundo buraco negro e use-as para manipular o segundo buraco negro. (Isso pode ser tão simples quanto despejar um monte de radiação Hawking do primeiro buraco negro no segundo.) Em teoria, seu amigo deve sair do segundo buraco negro exatamente como entrou no primeiro.
Da perspectiva dele, disse Jafferis, ela teria mergulhado em um buraco de minhoca. E ao se aproximar da singularidade em seu pescoço, ela teria experimentado um "pulso" de energia negativa que a teria impulsionado para o outro lado.
O método não é particularmente útil, disse Jafferis, porque sempre seria mais lento do que apenas mover fisicamente a distância entre os dois buracos negros. Mas isso sugere algo sobre o universo.
Do ponto de vista de um pouco de informação que passa entre partículas emaranhadas, disse Jafferis, algo semelhante pode estar acontecendo. Na escala de objetos quânticos individuais, ele disse, realmente não faz sentido falar sobre curvas espaço-temporais para produzir um buraco de minhoca. Mas envolva mais algumas partículas na mistura para um pouco mais complexo de teletransporte quântico, e de repente o modelo do buraco de minhoca faz muito sentido. Há fortes evidências aqui, disse ele, de que os dois fenômenos estão ligados.
Ele também sugere fortemente, disse ele, que as informações perdidas para um buraco negro podem ir a algum lugar onde possam ser recuperadas um dia.
Se você cair em um buraco negro amanhã, ele disse, toda a esperança não está perdida. Uma civilização suficientemente avançada pode ser capaz de aproximar-se do universo, coletando toda a radiação Hawking emitida pelo buraco negro à medida que evaporava lentamente por eras e comprimindo essa radiação em um novo buraco negro, entrelaçado com o original ao longo do tempo. Depois que o novo buraco negro surgir, será possível recuperá-lo dele.
A pesquisa teórica sobre esse método de movimentação entre buracos negros, disse Jafferis, está em andamento. Mas o objetivo é mais entender a física fundamental do que realizar resgates de buracos negros. Então, talvez seja melhor não arriscar.
