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Ponte de Einstein-Rosen - Buraco de minhoca

30 de Setembro de 2019

Por Rafael Helerbrock
Brasil Escola/ UOL 

Buracos de minhoca são como túneis formados por grandes distorções no espaço-tempo. São frequentemente descritos pelos filmes e seriados de ficção científica como sendo capazes de nos levar para outros pontos do espaço e até mesmo do tempo. 

Entretanto, até hoje, nenhum buraco de minhoca foi observado, portanto, não sabemos se eles existem de fato. Além disso, a única coisa que sustenta a hipótese da existência dos buracos de minhoca é que tais estruturas são possíveis soluções das equações de Einstein que tratam da relatividade geral.

O que é?

Buraco de minhoca é o nome popular dado a uma solução exata das equações de Einstein para a relatividade geral. Essa solução é conhecida na Física pelo nome de Ponte de Einstein-Rosen, no entanto, a existência dessas estruturas é meramente especulativa, uma vez que não existem observações astronômicas que reforçam a sua existência.

Os buracos de minhoca podem ser visualizados como túneis com duas saídas que separam pontos distintos do espaço-tempo, ou seja, diferentes localizações ou diferentes pontos do tempo. De acordo com as equações, esses pontos podem tanto estar localizados no mesmo Universo como em universos distintos.

Apesar de serem consistentes com a teoria da relatividade geral, não há indícios que reforcem a existência dos buracos de minhoca.  

Mesmo sendo uma solução válida para as equações de Einstein, os buracos de minhoca enfrentam um grave problema prático em sua formulação: para o espaço curvar-se de tal maneira, seria necessária a existência de uma forma de matéria “exótica” com densidade de energia negativa. 

Além disso, também seria necessário que essa densidade fosse algumas bilhões de vezes maior que a densidade energética de uma estrela de nêutrons, uma das estruturas astronômicas mais densas de todo o Universo. Tal tipo de matéria “exótica” nunca foi observada.

Flutuações quânticas

Para que alguma região do Universo apresente uma densidade negativa de energia, seria necessário que naquela região houvesse níveis de energia ainda menores do que aqueles encontrados no vácuo absoluto.

Atualmente, dentro da teoria quântica de campos, existem pesquisas avançadas sobre as flutuações do vácuo quântico — mudanças repentinas nos níveis de energia do vácuo absoluto. Os resultados dessas pesquisas mostram que, a qualquer momento, é possível que surjam buracos de minhocas em pontos distintos do Universo.

Os mesmos resultados também indicam que esses buracos de minhoca são extremamente instáveis, duram infinitésimos de tempo e surgem em tamanhos comparáveis ao comprimento de Planck (10-33 cm), por isso, seriam incapazes de sustentar o transporte de uma partícula sequer.

Viagem no tempo

Uma das principais implicações teóricas da existência dos buracos de minhoca é a viagem no tempo. Uma vez que esses buracos comportam-se como atalhos que conectam diferentes pontos do espaço e do tempo, ao atravessá-los, deve ser possível mover-se mais rápido que a luz e, inclusive, viajar no tempo, tanto para o passado quanto para o futuro.

No entanto, viagens no tempo são paradoxais na Física, isto é, a existência dessa possibilidade cria situações aparentemente impossíveis de serem resolvidas, como o paradoxo cronológico do avô, no qual um viajante volta ao tempo e mata o seu avô antes do seu próprio nascimento, gerando, assim, uma situação impossível, já que o viajante não poderia ter cometido o crime, uma vez que, como consequência de seu ato, ele não poderia ter nascido.

Teoricamente, os buracos negros são capazes de produzir buracos de minhoca.

Além disso, não existe qualquer tipo de matéria com as características necessárias para estabilizar a geometria de um buraco de minhoca. 

Além disso, para o físico britânico Stephen Hawking, embora um buraco negro supermassivo possa ser capaz de produzir um buraco de minhoca, somente uma grande concentração de matéria exótica seria capaz de mantê-lo estável, mas toda essa estabilidade seria perdida caso alguma porção de matéria ordinária o adentrasse, como uma forma de prevenção às viagens temporais. Esse argumento, cunhado por Hawking, ficou conhecido como conjectura de proteção cronológica.

Conceitos importantes

Entenda melhor alguns dos conceitos mais importantes relacionados aos conhecimentos teóricos que fundamentam a hipótese da existência dos buracos de minhoca.

→ Espaço-tempo
O espaço-tempo é o sistema de coordenadas utilizado para o estudo dos fenômenos relativísticos. Trata-se de um espaço quadridimensional, formado tanto pelas coordenadas tridimensionais (largura, altura e profundidade) quanto pelo tempo. 

Diferentemente da definição clássica dada para o sistema de coordenadas, o tempo não é absoluto para os referenciais utilizados no estudo da relatividade: a movimentação entre um observador e um evento afeta a sua percepção de espaço e tempo.

→ Teoria da relatividade
Teoria da relatividade diz respeito à união das teorias da relatividade restrita e geral. De acordo com essas teorias, desenvolvidas por diversos físicos, como Albert Einstein, a velocidade com que um corpo move-se em relação a um referencial afeta a sua percepção de espaço e tempo. 

Além disso, de acordo com a relatividade geral, a gravidade também é responsável por produzir distorções no espaço-tempo. Ambas teorias de relatividade foram largamente testadas e, até então, não foram encontradas quaisquer inconsistências em suas formulações.

→ Teoria das cordas
Algumas vertentes da teoria das cordas prevê a existência de múltiplas dimensões e, até mesmo, universos paralelos ao nosso, possivelmente conectados entre si por buracos de minhoca. 

A teoria das cordas é um complexo conjunto de formulações matemáticas que tentam descrever como é estrutura da matéria. Segundo essa teoria, toda a matéria do Universo é formada pela vibração de minúsculos objetos unidimensionais, chamados de cordas. 

A vibração dessas cordas em diferentes frequências seria responsável por produzir as diferentes forças da natureza. 
 


Por Rafael Helerbrock
Brasil Escola/ UOL 

Buracos de minhoca são como túneis formados por grandes distorções no espaço-tempo. São frequentemente descritos pelos filmes e seriados de ficção científica como sendo capazes de nos levar para outros pontos do espaço e até mesmo do tempo. 

Entretanto, até hoje, nenhum buraco de minhoca foi observado, portanto, não sabemos se eles existem de fato. Além disso, a única coisa que sustenta a hipótese da existência dos buracos de minhoca é que tais estruturas são possíveis soluções das equações de Einstein que tratam da relatividade geral.

O que é?

Buraco de minhoca é o nome popular dado a uma solução exata das equações de Einstein para a relatividade geral. Essa solução é conhecida na Física pelo nome de Ponte de Einstein-Rosen, no entanto, a existência dessas estruturas é meramente especulativa, uma vez que não existem observações astronômicas que reforçam a sua existência.

Os buracos de minhoca podem ser visualizados como túneis com duas saídas que separam pontos distintos do espaço-tempo, ou seja, diferentes localizações ou diferentes pontos do tempo. De acordo com as equações, esses pontos podem tanto estar localizados no mesmo Universo como em universos distintos.

Apesar de serem consistentes com a teoria da relatividade geral, não há indícios que reforcem a existência dos buracos de minhoca.  

Mesmo sendo uma solução válida para as equações de Einstein, os buracos de minhoca enfrentam um grave problema prático em sua formulação: para o espaço curvar-se de tal maneira, seria necessária a existência de uma forma de matéria “exótica” com densidade de energia negativa. 

Além disso, também seria necessário que essa densidade fosse algumas bilhões de vezes maior que a densidade energética de uma estrela de nêutrons, uma das estruturas astronômicas mais densas de todo o Universo. Tal tipo de matéria “exótica” nunca foi observada.

Flutuações quânticas

Para que alguma região do Universo apresente uma densidade negativa de energia, seria necessário que naquela região houvesse níveis de energia ainda menores do que aqueles encontrados no vácuo absoluto.

Atualmente, dentro da teoria quântica de campos, existem pesquisas avançadas sobre as flutuações do vácuo quântico — mudanças repentinas nos níveis de energia do vácuo absoluto. Os resultados dessas pesquisas mostram que, a qualquer momento, é possível que surjam buracos de minhocas em pontos distintos do Universo.

Os mesmos resultados também indicam que esses buracos de minhoca são extremamente instáveis, duram infinitésimos de tempo e surgem em tamanhos comparáveis ao comprimento de Planck (10-33 cm), por isso, seriam incapazes de sustentar o transporte de uma partícula sequer.

Viagem no tempo

Uma das principais implicações teóricas da existência dos buracos de minhoca é a viagem no tempo. Uma vez que esses buracos comportam-se como atalhos que conectam diferentes pontos do espaço e do tempo, ao atravessá-los, deve ser possível mover-se mais rápido que a luz e, inclusive, viajar no tempo, tanto para o passado quanto para o futuro.

No entanto, viagens no tempo são paradoxais na Física, isto é, a existência dessa possibilidade cria situações aparentemente impossíveis de serem resolvidas, como o paradoxo cronológico do avô, no qual um viajante volta ao tempo e mata o seu avô antes do seu próprio nascimento, gerando, assim, uma situação impossível, já que o viajante não poderia ter cometido o crime, uma vez que, como consequência de seu ato, ele não poderia ter nascido.

Teoricamente, os buracos negros são capazes de produzir buracos de minhoca.

Além disso, não existe qualquer tipo de matéria com as características necessárias para estabilizar a geometria de um buraco de minhoca. 

Além disso, para o físico britânico Stephen Hawking, embora um buraco negro supermassivo possa ser capaz de produzir um buraco de minhoca, somente uma grande concentração de matéria exótica seria capaz de mantê-lo estável, mas toda essa estabilidade seria perdida caso alguma porção de matéria ordinária o adentrasse, como uma forma de prevenção às viagens temporais. Esse argumento, cunhado por Hawking, ficou conhecido como conjectura de proteção cronológica.

Conceitos importantes

Entenda melhor alguns dos conceitos mais importantes relacionados aos conhecimentos teóricos que fundamentam a hipótese da existência dos buracos de minhoca.

→ Espaço-tempo
O espaço-tempo é o sistema de coordenadas utilizado para o estudo dos fenômenos relativísticos. Trata-se de um espaço quadridimensional, formado tanto pelas coordenadas tridimensionais (largura, altura e profundidade) quanto pelo tempo. 

Diferentemente da definição clássica dada para o sistema de coordenadas, o tempo não é absoluto para os referenciais utilizados no estudo da relatividade: a movimentação entre um observador e um evento afeta a sua percepção de espaço e tempo.

→ Teoria da relatividade
Teoria da relatividade diz respeito à união das teorias da relatividade restrita e geral. De acordo com essas teorias, desenvolvidas por diversos físicos, como Albert Einstein, a velocidade com que um corpo move-se em relação a um referencial afeta a sua percepção de espaço e tempo. 

Além disso, de acordo com a relatividade geral, a gravidade também é responsável por produzir distorções no espaço-tempo. Ambas teorias de relatividade foram largamente testadas e, até então, não foram encontradas quaisquer inconsistências em suas formulações.

→ Teoria das cordas
Algumas vertentes da teoria das cordas prevê a existência de múltiplas dimensões e, até mesmo, universos paralelos ao nosso, possivelmente conectados entre si por buracos de minhoca. 

A teoria das cordas é um complexo conjunto de formulações matemáticas que tentam descrever como é estrutura da matéria. Segundo essa teoria, toda a matéria do Universo é formada pela vibração de minúsculos objetos unidimensionais, chamados de cordas. 

A vibração dessas cordas em diferentes frequências seria responsável por produzir as diferentes forças da natureza. 
 

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