- Um estudo recente levanta a possibilidade de que o Big Bang possa, na verdade, ter ocorrido dentro de um buraco negro
- Essa hipótese pode complementar ou modificar a teoria padrão existente sobre a origem do universo
- A singularidade e os fenômenos de gravidade quântica no interior de um buraco negro são temas centrais importantes
- Uma nova perspectiva é apresentada com base na análise de dados observacionais e física teórica
- O estudo amplia a compreensão sobre o nascimento do universo e seus processos iniciais, além de indicar novos caminhos de investigação
Big Bang e a hipótese de origem no interior de um buraco negro
Segundo uma pesquisa publicada recentemente, o Big Bang, amplamente conhecido como a origem do universo, pode na verdade ter ocorrido dentro de um buraco negro. No modelo padrão tradicional, o Big Bang é entendido como o ponto absoluto de início do tempo e do espaço, mas a nova teoria considera a possibilidade de que fenômenos fundamentais já tivessem começado antes disso, dentro de um objeto celeste como um buraco negro.
Diferenças em relação à teoria padrão existente
- Na cosmologia padrão, predomina a visão de que o universo começou em uma singularidade, isto é, um ponto em que tudo estava infinitamente condensado
- O novo estudo explora a possibilidade de que essa singularidade existisse dentro de um buraco negro e que, devido às condições internas do buraco negro e aos efeitos da gravidade quântica, tenha ocorrido um fenômeno semelhante ao Big Bang
- A teoria também mostra pontos de contato com pesquisas anteriores de alguns físicos teóricos, como Stephen Hawking
Método de pesquisa e principais pontos
- Os pesquisadores analisaram em detalhe a estrutura temporal e espacial do interior de buracos negros com base em dados observacionais recentes e cálculos de física teórica
- O estudo destaca que, dentro de um buraco negro, as propriedades do tempo e do espaço podem funcionar de modo diferente do que no universo comum
- A partir disso, propõe novas possibilidades de interpretação sobre a forma como o universo surgiu e seu processo de expansão
Significado e investigações futuras
- Essa hipótese pode ter grande impacto nas discussões sobre o nascimento do universo e suas condições iniciais
- Com o avanço de algoritmos e de estudos com modelos numéricos, será possível verificar com mais rigor a validade da hipótese de origem no interior de um buraco negro
- Em vez de substituir o modelo padrão existente, a proposta oferece um esforço complementar e um novo quadro para compreender a origem do universo
Conclusão
Esta pesquisa está intimamente ligada a várias áreas, como a cosmologia e o estudo dos buracos negros, além do problema da gravidade quântica. Ao propor uma nova perspectiva sobre antigas questões em torno do Big Bang, o estudo deve estimular discussões mais profundas e futuras verificações experimentais.
1 comentários
Comentários do Hacker News
Isso desperta curiosidade sobre “o que está em jogo” nesse tema; fico me perguntando se as previsões tratadas no texto podem levar a questões importantes em um futuro distante, ou se também ajudam em problemas mais próximos, e não digo isso para menosprezar a pesquisa, é pura curiosidade
Achei interessante que quem escreveu esse resumo é um dos autores do artigo; existe o peso da simplificação excessiva, mas pelo menos isso elimina o risco de a ciência ser mal compreendida
Foi uma leitura realmente divertida; queria que mais pesquisadores publicassem whitepapers junto com posts de blog, embora eu também entenda que nem todo cientista escreve bem ou quer escrever, e também me preocupa um mundo em que pesquisadores sejam avaliados só pela popularidade viral de seus blogs
Parece muito melhor do que quando a equipe de relações públicas da universidade escreve algo exagerado; em vez de repetir aquela retórica batida de “primeiro do mundo” ou “mudança de paradigma”, o autor foca no que realmente importa, por exemplo: isso pode ser verificado experimentalmente? Se sim, como devemos observar isso?
O texto foi muito bom; a solução apresentada por essa pessoa parece realmente simples e dá a impressão de resolver completamente os problemas dos modelos existentes; dá até para imaginar que talvez cada buraco negro tenha um universo diferente dentro dele
É uma ideia interessante, mas mesmo que o autor esteja certo e o universo realmente tenha nascido dentro de um buraco negro maior, isso ainda levanta outra pergunta: como esse universo superior foi criado? Talvez isso seja algo que nunca possamos saber
Talvez o universo maior e os universos dentro dele tenham a mesma estrutura autossimilar (fractal); nesse caso essa dúvida estaria resolvida
É tartarugas até o fim
Parece que isso é olhar para o universo de um ponto de vista excessivamente tridimensional
Estudar mecânica quântica parece nos levar à ideia de que “tudo o que é imaginável existe de fato ao mesmo tempo”; ou seja, todos os universos possíveis e todas as leis físicas possíveis existem de alguma forma, e nós apenas pertencemos a um deles, algo parecido com perceber que a Terra parece um planeta especial no Sistema Solar, mas do ponto de vista do universo não é bem assim
Há muito tempo tenho muita curiosidade sobre esse tema; não tenho formação em física, mas depois de descobrir que a massa de um buraco negro é linearmente proporcional ao raio de Schwarzschild, isso me pareceu bem plausível; à medida que o tamanho do buraco negro aumenta, sua densidade diminui, e ao combinar isso com a observação de que nosso universo tem densidade quase constante em grande escala, pensei que em algum ponto haveria um cruzamento entre a densidade decrescente de um buraco negro supermassivo e a densidade fixa do universo inteiro; costumo conversar sobre física com colegas, mas nunca ouvi uma resposta clara, e as implicações disso são realmente fascinantes
Sinto certo incômodo com a forma como a energia escura é usada para explicar energia real; normalmente ela é apresentada como “a causa que empurra tudo para longe”, mas para mim a energia escura parece mais um tipo de energia negativa por meio da qual a energia sai do universo, isto é, uma perda da energia total; na física clássica, quando dois corpos se afastam, a energia potencial fica armazenada e depois pode ser recuperada, mas com a energia escura parece diferente, porque quanto mais longe as coisas estão, mais rapidamente continuam se afastando; ou seja, de uma perspectiva global, isso parece uma estrutura de perda de energia; no mundo quântico o fenômeno continua, fótons de alta frequência passam a baixa frequência; a energia escura parece uma energia que escapa irreversivelmente do universo, como uma evaporação no interior de um buraco negro
Quando faço essa pergunta na vida real, normalmente ouço a resposta de que o componente de “energia” da energia escura está normalizado como uma forma de “tensão” do universo, mas essa explicação não me soa muito satisfatória
Isso me lembrou uma teoria engenhosa que vi no HN um tempo atrás; uma das hipóteses para explicar por que o universo está se expandindo cada vez mais rápido era que o tempo passa em ritmos diferentes dependendo da massa; a ideia é que, no espaço entre as galáxias (voids), o tempo passaria mais rápido do que dentro das galáxias, e em escala cósmica total essa diferença acumulada poderia se tornar grande; para um leigo como eu, isso parece plausível
Sobre a ideia de que “a energia escura parece energia saindo do universo, como evaporação dentro de um buraco negro...”, na verdade os buracos negros crescem quando matéria entra pelo horizonte de eventos e encolhem quando evaporam; se você comparar a expansão do universo e a perda de energia ao referencial de um buraco negro, a objeção seria que isso significaria, na verdade, a entrada de ainda mais energia
Se você colocar a estimativa de massa do universo na fórmula de Schwarzschild, verá que ela fica assustadoramente próxima do tamanho do universo observável
À pergunta “não faz mais sentido ver a energia escura como energia negativa?”, penso nisso também como outro leigo; a energia que um buraco negro teoricamente perde é minúscula demais para ser detectada, enquanto a quantidade total de energia escura é o maior componente do universo observável; fico em dúvida se os números realmente fecham
Quanto à afirmação de que observacionalmente nosso universo apresenta densidade homogênea em grande escala, de fato isso valia no momento da recombination, mas assumir que toda a evolução até agora foi homogênea é o padrão do LCDM (Lambda-Cold Dark Matter), e mesmo assim eu não diria que isso está empiricamente tão bem fundamentado assim; veja Cosmic web, Inhomogeneous cosmology
Concordo intuitivamente que “a energia escura parece energia negativa”; se você mover o termo lambda para o lado do tensor energia-momento na equação de Einstein, ele de fato atua com sinal negativo, e as observações indicam que lambda parece ser positivo
Em sistemas clássicos, quando dois objetos se afastam, a energia potencial armazenada pode mais tarde ser recuperada, mas com a energia escura não é assim (quanto mais longe, mais acelera), então, de uma perspectiva global, isso pode ser visto como perda de energia
Na relatividade geral, a conservação de energia não vale globalmente para o universo inteiro Conservation of energy; ela só vale localmente, e até definir rigorosamente a energia do espaço-tempo já é difícil Stress–energy tensor, Mass in general relativity
A energia escura (constante cosmológica) é literalmente constante, então mesmo que haja perda de energia à medida que o espaço se expande, isso não significa que a constante gravitacional mude; veja este artigo no arXiv
Quando vejo essa história do “bounce fermiônico” que o artigo toma como ponto central, comparando com as escalas de massa e energia que conhecemos, o resultado acaba sendo um buraco negro gigantesco; se um buraco negro desse tamanho existiu, isso faz surgir de novo a curiosidade sobre em que tipo de ambiente ele estaria, mesmo que estivesse preso oscilando lá dentro por causa da curvatura positiva...
Dito isso, discussões relacionadas à teoria do universo-buraco-negro já existem há bastante tempo; não me parece algo revolucionário ou uma alternativa radical, é uma ideia que surge naturalmente assim que se entende o conceito de horizonte de eventos; a novidade deste artigo está em ter produzido uma “solução analítica”
Como leitura de hard SF, recomendo "Cosm", de Gregory Benford, de 1999; é a história de um micro-universo do tamanho de uma bola de boliche criado em laboratório, e da cientista tentando protegê-lo de agentes do governo; o ponto interessante é que, nesse universo, o tempo também é relativo ao tamanho, então não é preciso esperar tanto assim
Já entrou direto na minha lista; adoro ver recomendações de SF no HN, embora haja tantos livros bons que a lista de leitura só cresce e eu provavelmente nunca vou conseguir ler tudo na vida
Acho essa premissa parecida com "Horton Hears a Who"
Como clássico parecido, vale mencionar "Microcosmic God" (1941), de Theodore Sturgeon
Acho que havia um episódio parecido disso em Star Trek DS9
Isso também me lembra o episódio 6 da temporada 2 de Rick and Morty, 'The Ricks Must be Crazy', em que Rick cria um microverso inteiro para usar como bateria da nave, e o cientista lá dentro cria outro miniverso
Li em algum lugar a hipótese de que nosso universo 3D estaria dentro de um buraco negro 4D; a teoria diz que, ao cruzar o horizonte de eventos do buraco negro, a coordenada radial passa a se comportar como tempo e se perde um grau de liberdade espacial, enquanto as direções angulares ainda permitem movimento, formando assim um universo de N-1 dimensões; ou seja, um universo 3D viria de matéria que caiu em um buraco negro 4D, um buraco negro 3D corresponderia a uma Flatland 2D, e o universo externo 4D por sua vez estaria em um buraco negro 5D... esse tipo de imaginação
Observação: em 4 dimensões o operador rotacional (curl operator) não funciona
Sobre a frase “ao cruzar o horizonte de eventos, a coordenada radial vira algo como tempo e se perde uma dimensão espacial”, a coordenada temporal também se torna espacial ao mesmo tempo, então ainda restam três graus de liberdade; a dimensão não simplesmente desaparece, e isso segue a premissa física de que o espaço-tempo é uma variedade lorentziana 4D; além disso, a singularidade do buraco negro pertence de certa forma ao futuro, então não é um ‘lugar’ que se possa realmente tocar com uma partícula
Depois vem a brincadeira imaginando que “as constantes físicas familiares do nosso universo talvez sejam na verdade resíduos esticados como espaguete vindos de dimensões superiores”; já pensei antes que a velocidade da luz
cpoderia ser justamente uma constante espaguetificada desse tipo; talvez todas as constantes sejam resquícios de um universo superior, brincando um poucoFico curioso sobre o que haveria dentro de um buraco negro unidimensional
Sobre a descrição de que “o Big Bang foi uma singularidade em que o universo nasceu de forma explosiva”, a imprensa noticia isso com frequência, mas na verdade isso não é a teoria padrão atual; cenários do tipo “não havia espaço-tempo antes do Big Bang” estão mais próximos de uma visão pessoal de Stephen Hawking
A explicação mais precisa é que nossas teorias atuais simplesmente não têm como explicar o que havia “antes” do Big Bang; quando a teoria chega ao ponto em que seria necessária a gravidade quântica, nossa matemática quebra completamente, então não podemos afirmar nada sobre o estado anterior ao Big Bang; ou seja, dizer que não havia espaço-tempo antes do Big Bang também é só especulação; a imprensa vive noticiando essas inferências como se fossem “notícias científicas”, mas, em essência, a ciência não tinha uma posição oficial sobre esse problema, e todas as afirmações são especulações; a mídia frequentemente transmite essas especulações de forma equivocada, como se fossem conclusões científicas
Parece que muita gente, conscientemente ou não, não entende bem a essência do modelo padrão (“não há antes do Big Bang”, Lambda-CDM); antes de t=0, o próprio conceito de tempo não existe
Fico curioso sobre qual é exatamente a teoria padrão atual
No fim, tenho a sensação de que um dia será revelado que o nosso universo não é um ciclo único, que não somos o único universo nem o único ciclo; historicamente já saímos da ideia de que a Terra era o centro do universo para a do Sistema Solar, e agora talvez estejamos chegando ao estágio de perceber que nosso universo não tem nada de tão especial entre muitos universos
Se é difícil aceitar que o universo “surgiu por si só”, então acreditar em Deus talvez não seja tão diferente assim, como brincadeira
Sobre a explicação do artigo de que “segundo o teorema de Penrose, o princípio quântico de exclusão (dois férmions não podem ocupar o mesmo estado) impede que a matéria seja comprimida indefinidamente, então o colapso para e ocorre um ricochete”, então por que estrelas de nêutrons colapsam em buracos negros mesmo obedecendo a esse princípio de exclusão?
Talvez seja porque buracos negros são uma distorção macroscópica do espaço-tempo e não apenas um fenômeno de propriedades quânticas locais
Uma das razões pelas quais estrelas de nêutrons colapsam em buracos negros é o fenômeno de “captura eletrônica”, em que elétrons são forçados a se combinar com prótons para formar nêutrons e neutrinos; se a pressão for suficiente, passam-se vários estágios de matéria degenerada, e teoricamente o último estágio degenerado poderia permitir objetos menores que o raio de Schwarzschild; porém esses estados da matéria não são observáveis, então há muita incerteza; ninguém sabe o que acontece dentro do raio de Schwarzschild; há várias ideias, mas nenhuma explicação definitiva; os fenômenos de física quântica perto da singularidade de um buraco negro ainda são desconhecidos
A resposta é que, se a massa for grande o bastante, a gravidade fica tão forte que o colapso continua mesmo que todos os férmions estejam em estados diferentes
Sobre a explicação de que “a teoria do universo-buraco-negro vê nosso universo inteiro como tendo sido gerado dentro de um buraco negro em um universo superior”, então será que também existem outros universos dentro dos buracos negros do nosso universo? Só imaginar isso já é impactante
Essa ideia já existe há bastante tempo; ainda assim, dizer que um universo está ‘contido’ dentro de um buraco negro talvez não seja a forma mais precisa de falar; veja White hole Big Bang/Supermassive White Hole referência do artigo
Vai ver o filme Men In Black era um documentário afinal, brincadeira