Um artigo recente de Stephen Hawking causou um alvoroço, levando a Nature News a declarar que não há buracos negros. Como escrevi em um post anterior, não é exatamente isso que Hawking afirmou. Mas agora está claro que a alegação de Hawking sobre os buracos negros está errada porque o paradoxo que ele tenta resolver não é um paradoxo, afinal.
Tudo se resume ao que é conhecido como o paradoxo do firewall para buracos negros. A característica central de um buraco negro é o seu horizonte de eventos. O horizonte de eventos de um buraco negro é basicamente o ponto sem retorno ao se aproximar de um buraco negro. Na teoria da relatividade geral de Einstein, o horizonte de eventos é onde o espaço e o tempo são tão distorcidos pela gravidade que você nunca pode escapar. Atravesse o horizonte de eventos e ficará preso para sempre.
Essa natureza unidirecional de um horizonte de eventos tem sido um desafio para a compreensão da física gravitacional. Por exemplo, um horizonte de eventos de buracos negros parece violar as leis da termodinâmica. Um dos princípios da termodinâmica é que nada deve ter uma temperatura de zero absoluto. Até coisas muito frias irradiam um pouco de calor, mas se um buraco negro retém a luz, ele não libera calor. Portanto, um buraco negro teria uma temperatura zero, o que não deveria ser possível.
Então, em 1974, Stephen Hawking demonstrou que os buracos negros irradiam luz devido à mecânica quântica. Na teoria quântica, existem limites para o que pode ser conhecido sobre um objeto. Por exemplo, você não pode conhecer a energia exata de um objeto. Devido a essa incerteza, a energia de um sistema pode flutuar espontaneamente, desde que sua média permaneça constante. O que Hawking demonstrou é que, perto do horizonte de eventos de um buraco negro, pares de partículas podem aparecer, onde uma partícula fica presa dentro do horizonte de eventos (reduzindo a massa dos buracos negros ligeiramente) enquanto a outra pode escapar como radiação (levando um pouco da energia do buraco negro).
Enquanto a radiação Hawking resolveu um problema com buracos negros, ela criou outro problema conhecido como paradoxo do firewall. Quando partículas quânticas aparecem em pares, são entrelaçadas, o que significa que estão conectadas de maneira quântica. Se uma partícula é capturada pelo buraco negro e a outra escapa, a natureza emaranhada do par é quebrada. Na mecânica quântica, diríamos que o par de partículas aparece em um estado puro e o horizonte de eventos parece quebrar esse estado.
No ano passado, foi mostrado que, se a radiação de Hawking estiver em estado puro, ela não poderá irradiar da maneira exigida pela termodinâmica ou criaria um firewall de partículas de alta energia perto da superfície do horizonte de eventos. Isso costuma ser chamado de paradoxo do firewall, porque, de acordo com a relatividade geral, se você estiver próximo do horizonte de eventos de um buraco negro, não deve notar nada de incomum. A idéia fundamental da relatividade geral (o princípio da equivalência) exige que, se você estiver caindo livremente perto do horizonte de eventos, não haja um firewall violento de partículas de alta energia. Em seu artigo, Hawking propôs uma solução para esse paradoxo, propondo que os buracos negros não tenham horizontes de eventos. Em vez disso, eles têm horizontes aparentes que não exigem um firewall para obedecer à termodinâmica. Daí a declaração de "não há mais buracos negros" na imprensa popular.
Mas o paradoxo do firewall só surge se a radiação Hawking estiver em um estado puro, e um artigo no mês passado de Sabine Hossenfelder mostra que a radiação Hawking não está em um estado puro. Em seu artigo, Hossenfelder mostra que, em vez de ser devida a um par de partículas emaranhadas, a radiação Hawking se deve a dois pares de partículas emaranhadas. Um par emaranhado fica preso pelo buraco negro, enquanto o outro par emaranhado escapa. O processo é semelhante à proposta original de Hawking, mas as partículas de Hawking não estão em um estado puro.
Portanto, não há paradoxo. Os buracos negros podem irradiar de uma maneira que concorda com a termodinâmica, e a região próxima ao horizonte de eventos não possui um firewall, assim como a relatividade geral exige. Portanto, a proposta de Hawking é uma solução para um problema que não existe.
O que apresentei aqui é uma visão geral muito aproximada da situação. Eu encobri alguns dos aspectos mais sutis. Para uma visão mais detalhada (e notavelmente clara), confira a postagem de Ethan Seigel em seu blog Starts With a Bang! Confira também a postagem no blog de Sabine Hossenfelder, Back Reaction, onde ela mesma fala sobre o problema.
