Radiação de hawking e o paradoxo de Informação

Nos últimos artigos exploramos a chamada radiação de Hawking, e como esta funciona. No entanto com esta engenhosa descoberta veio um problema: se admitirmos a existência da radiação de hawking parece que estamos a admitir que a lei da conservação de informação é violada.

Mas o que é informação?

Informação não é algo físico que possa ser medido, é sim um conceito puramente matemático, que consiste nas propriedades de diferentes objetos, como a massa ou a carga elétrica desse mesmo objeto.

A lei de conservação de informação é um dos pilares da mecânica quântica, e dita que num dado momento um sistema fechado tem a quantidade exata de informação necessária para prever o futuro e passado deste mesmo sistema. Isto significa que se se soubesse todas as propriedades de todas as particulas no Universo poderiamos, em teoria, saber como é que o universo começou e como irá acabar.

Mas porque é que isto tem de ser assim?

Pois boa pergunta: porque é que a qualquer momento tem de ser possível determinar o futuro e passado de um sistema? Bom, porque física é construída sobre a premissa que o Universo é determinista.

Por exemplo, sabendo a distância de um dado trajeto e a que velocidade um sujeito vai completar esse trajeto, podemos prever quanto tempo esse sujeito vai levar a percorrer o trajeto. Se a premissa que o universo é determinista estiver errada, bom, podemos deitar fora tudo o que pensamos que sabemos sobre o Universo.

Outra coisa que vos pode passar pela cabeça poderia ser "como assim o Universo ser determinista é um pilar da mecânica quântica? Não há também um princípio quântico que diz ser impossível prever com certeza a evolução de um sistema quântico (princípio este chamado principio de incerteza de Heisenberg?". Pode parecer que nesta situação há perda de informação, mas não é bem assim, pois informação quântica não se refere ao movimento exato de particulas individuais, mas sim á evolução da sua função de onda, isto é, a função que descreve o possível movimento dessa partícula. Desde que essas probabilidades se adicionem a 100%, informação é conservada (caso desse menor que 100% significaria que havia probabilidade da partícula não existir, o que não faria sentido).

Certo, mas o que é que isto tem a ver com radiação de Hawking?

Antes da "descoberta" da radiação de Hawking pensava-se que buracos negros eram eternos, e que a informação do material que dera origem ao buraco negro estaria escondida dentro do buraco negro, como um pequeno diamante que nunca poderia ser acessado. Isto não seria uma violação da lei de conservação de informação pois informação não é destruída neste cenário; ser acessível não é uma condição necessária para a conservação de informação.

No entanto com a descoberta da radiação de Hawking surgiram contrariedades. O problema é que radiação de Hawking só depende da massa do buraco negro, e não do que lhe deu origem (seja isto a estrela que lhe deu origem ou pobres meteoros/gás que tenha sido engolido) Á primeira vista parece ser impossível determinar o que é que deu origem ao buraco negro a partir da radiação apenas. Isto é chamado "paradoxo de informação" e é um dos grandes problemas da física atual.

Soluções para o paradoxo?

Como todos os problemas em física, é suposto haver uma solução, que neste caso depende de um conhecimento mais profundo ou da teoria de relatividade geral ou da mecânica quântica. A procura para para essa solução deu origem a alguma física extraordinária e teorias fantásticas.

Informação sugada por um buraco negro imerge noutro universo

Esta foi das primeiras teorias, proposta por Freeman Dyson, apresentadas como resolução do paradoxo de informação, e é também das mais fantásticas. É também apoiada por Hawking que disse

"Se sentires que estás num buraco negro, não desistas. Há uma saída"

... estando a referir-se a esta ideia. A ideia propõe, através de uma ligeira modificação da relatividade geral chamada Einstein-Cartan, que a informação sugada por um buraco negro cria um novo Universo acessível por um Buraco de Minhoca (muito simplificado, liga dois pontos espaço-tempo muito afastados. Irá ser explorado no futuro). Isto é basicamente é o mesmo que dizer que nunca vamos conseguir acessar a informação sugada por buracos negros, mas o que importa é que ela não é destruída,

Informação está dentro da radiação de Hawking

Esta teoria é um pouco mais problemática e complicada (vamos observar esses problemas no próximo artigo). Baseia-se na ideia de que, para um observador afastado do buraco negro, nunca nada cai dentro do buraco negro per se, pois o objeto em queda fica parado no tempo antes de ele passar o horizonte de eventos, relativo a nós (se isto não vos soa familiar sugiro que leiam o artigo que fala sobre isto). Isto significaria que a informação ficaria essencialmente invisível, mas presente no nosso universo.

Aposta

A disputa entre estas duas teorias concorrentes veio a criar uma famosa aposta entre 3 grandes fisícos (é tão famosa que tem um artigo na wikipedia): Stephen Hawking e Kip Thorne (que para além de um grande físico por si só, foi também conselheiro científico no filme Interstellar realizado por Christopher Nolan (recomendo)) contra John Preskill, um dos autores da ideia que informação sai dentro da radiação de Hawking.

da esquerda para a direita: John Preskill, Kip Thorne e Stephen hawking

Hawking e Thorne apostaram que informação era perdida para sempre, o que seria uma desgraça/ grande excitação para todos os físicos (os sentimentos são dois lados da mesma moeda para físicos), enquanto John Preskill apostava que informação ficava dentro do nosso universo. Quem ganhasse receberia uma enciclopédia á escolha do vencedor, de onde informação poderia ser retirada à vontade (trocadilho intencional).

No próximo artigo iremos ver os problemas destas teorias propostas, qual é correta e, mais importante, quem ganhou esta lendária aposta.