Buracos brancos

 

 

Buraco branco

Em Astrofísica, Buraco branco é um objeto teórico previsto pela teoria da relatividade que funciona um buraco negro tempo-invertido. Como um buraco negro é uma região no espaço de que nada pode escapar, a versão tempo-invertida do buraco negro é uma região no espaço em que nada pode cair^[1].

Origem

Os buracos brancos aparecem como parte de uma das soluções de Karl Schwarzschild para as equações da relatividade geral de Einstein, em que é descrito um buraco de minhoca de Schwarzschild^[2]. Em uma das pontas do buraco de minhoca há um buraco negro sugando matéria, luz e tudo mais, e, na outra ponta, um buraco branco, criando matéria e luz. Mesmo que isso possa dar a entender que os buracos negros em nosso universo possam se conectar a buracos brancos em outros lugares, isso não é verdade por duas razões. Primeiro, porque os buracos de minhoca de Schwarzschild são instáveis, desconectando-se assim que se formam^[1]. Em segundo lugar, os buracos de minhoca de Schwarzschild são uma solução válida apenas enquanto nenhuma matéria interage com o buraco. Buracos negros reais são formados a partir de estrelas em colapso. Como as estrelas mortas deixam matéria, o buraco branco tem que ser forçosamente retirado do modelo^[2].

A existência de buracos brancos desconectados de buracos negros é duvidosa, já que parecem violar a segunda lei da termodinâmica^[3][4]

Ou seja, buracos brancos são entidades físicas matematicamente viáveis, o que não quer dizer que existam na natureza^[1].

Retirado de:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Buraco_branco

Buracos negros

Buraco negro

Um buraco negro clássico é um objeto com campo gravitacional tão intenso que a velocidade de escape excede a velocidade da luz (299.792,458 km/s, equivalente a 1.079.252.848,8 km/h). Nem mesmo a luz pode escapar do seu interior, por isso o termo "negro" (cor aparente de um objeto que não emite nem reflete luz, tornando-o de fato invisível). A expressão "buraco negro", para designar tal fenômeno, foi cunhada pela primeira vez em 1968 pelo físico americano John Archibald Wheeler, em um artigo científico histórico chamado The Known and the Unknown, publicado no American Scholar e no American Scientist. O termo "buraco" não tem o sentido usual mas traduz a propriedade de que os eventos em seu interior não são vistos por observadores externos.

Teoricamente, um buraco negro pode ter qualquer tamanho, de microscópico a astronômico (alguns com dias-luz de diâmetro, formados por fusões de vários outros), e com apenas três características: massa, momento angular (spin) e carga elétrica, ou seja, buracos negros com essas três grandezas iguais são indistinguíveis (diz-se por isso que "um buraco negro não tem cabelos"). Uma vez que, depois de formado, o seu tamanho tende para zero, isso implica que a "densidade tenda para infinito".

Simulação computadorizada

É possível simular em um computador as condições físicas que levam à formação de um buraco negro, como consequência do colapso gravitacional de uma estrela supergigante ou supernova. Para isso, os astrofísicos teóricos implementam complexos programas, que recriam as condições físicas da matéria e do espaço-tempo durante o processo de implosão das estrelas, as quais esgotam seu combustível nuclear e colapsam, com o transcorrer do tempo, devido a seu peso gravitacional, formando um objeto de densidade e curvatura do espaço-tempo infinita. Desses objetos, nada --- nem mesmo a luz--- consegue escapar. O resultado é a formação de uma singularidade gravitacional contida num buraco negro de Schwarzschild (Karl Schwarzschild é o astrônomo que descobriu a primeira solução das equações de Einstein que descrevem um buraco negro).

O buraco negro é um fenômeno do universo que suga qualquer planeta, estrela, cometa, meteoro ou até mesmo luz, que chegue ao seu alcance. Ele aumenta de tamanho graças à energia desses objetos. Mas como? Por causa dos átomos. Os anéis dos átomos giram em volta do núcleo. Todos os objetos tem muitos átomos. O buraco negro, “espreme”, graças à pressão, todos os objetos. Então, os átomos também ficaram mais juntos. Seus anéis terão menos espaço para girar, e girarão mais rápido, causando mais energia que aumenta o tamanho e a força do buraco negro.

A percepção espaço-temporal

Os buracos negros, assim como outros objetos cuja atração gravitacional é extrema, retardam o tempo significativamente devido aos efeitos gravitacionais.

As estrelas de nêutrons e buracos negros causam de fato distorção espaço-temporal notável, relacionada com o efeito de lente gravitacional.

As precessões dos corpos celestes orbitando tais corpos, similarmente a precessão do periélio de Mercúrio no nosso sistema solar, são muito mais notáveis e significativas, e envolvem inclusive estrelas de sistemas binários, ou mesmo múltiplos.^[1][2]

O Buraco negro de Schwarzschild

Karl Schwarzschild, no ano de 1916, encontrou a solução para a teoria da relatividade que representa o buraco negro como tendo uma forma esférica. Ele demonstrou que, se a massa de uma estrela estiver concentrada em uma região suficientemente pequena, ela gerará um campo gravitacional tão grande na superfície da estrela que nem mesmo a luz conseguirá escapar dele. Este é o chamado buraco negro. Einstein e muitos físicos não acreditavam que tal fenômeno pudesse acontecer no universo real. Porém, provou-se que esse fenômeno de fato acontece.

Entropia

Entropia é uma medida que caracteriza o número de estados internos de um buraco negro. A fórmula da entropia foi desenvolvida em 1974 pelo físico britânico Stephen Hawking:

Legenda:

• S: Entropia
• A: Área
• k: Constante de Boltzmann
• : Constante de Planck normalizada
• G: Constante Gravitacional Universal de Newton
• c: Velocidade da luz no vácuo

A queda no buraco negro e a natureza quântica

Imagens do Hubble Space Telescope, Chandra X-ray Observatory e do Spitzer Space Telescope

Se conseguíssemos observar uma queda real de um objeto num buraco negro, de acordo com as simulações virtuais, veríamos este mover-se cada vez mais devagar à medida em que se aproximasse do núcleo massivo. Segundo Einstein, há um desvio para o vermelho, e este também é dependente da intensidade gravitacional. Isto se dá porque, sob o ponto de vista corpuscular, a luz é um pacote quântico com massa e ocupa lugar no espaço, portanto tem obrigatoriamente uma determinada velocidade de escape. Ao mesmo tempo, este pacote é onda de natureza eletromagnética e esta se propaga no espaço livre. É sabido que longe de campo gravitacional intenso, a frequência emitida tende para o extremo superior (no caso da luz visível, para o violeta).

À medida em que o campo gravitacional começa a agir sobre a partícula (luz), esta aumentará seu comprimento de onda, logo desviará para o vermelho. Devido à dualidade matéria-energia não é possível analisar a partícula como matéria e energia ao mesmo tempo: ou se a enxerga sob o ponto de vista vibratório ou corpuscular.

A luz e a singularidade

Em simulações no espaço virtual, descobriu-se que próximo a campos massivos ocupando lugares singulares, a atração gravitacional é tão forte que pode fazer parar o movimento oscilatório, no caso da luz enxergada como comprimento de onda, esta literalmente se apaga. No caso da luz enxergada como objeto que possui velocidade de escape esta é atraída de volta à região de onde foi gerada, pois a velocidade de escape deve ser igual à velocidade de propagação, ambas sendo iguais, a luz matéria é atraída de volta. Logo, a radiação sendo atraída de volta, entra em colapso gravitacional, juntamente à massa que a criou, caindo sobre si mesma.

Retirado de:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Buraco_negro

Buracos de minhoca

Buraco-de-minhoca

Em física, um buraco de verme ou buraco de minhoca, é uma característica topológica hipotética do continuum espaço-tempo, a qual é em essência um "atalho" através do espaço e do tempo. Um buraco de verme possui ao menos duas "bocas" as quais são conectadas a uma única "garganta" ou tubo. Se o buraco de verme é transponível, a matéria pode "viajar" de uma boca para outra passando através da garganta. Embora não exista evidência direta da existência de buracos de verme, um contínuum espaço-temporal contendo tais entidades costuma ser considerado válido pela relatividade geral.

O termo buraco de verme (wormhole em inglês) foi criado pelo físico teórico estadunidense John Wheeler em 1957. Todavia, a idéia dos buracos de verme já havia sido inventada em 1921 pelo matemático alemão Hermann Weyl em conexão com sua análise da massa em termos da energia do campo eletromagnético.^[1]

«Esta análise força a considerar-se situações...onde há um fluxo de rede de linhas de força através do que os topologistas poderiam chamar de alça ou espaço multiplamente conectado e que os físicos poderiam talvez ser desculpados por denominar mais vividamente de 'buraco de verme'.»

(John Wheeler em Annals of Physics)

O nome "buraco de verme" vem de uma analogia usada para explicar o fenômeno. Da mesma forma que um verme que perambula pela casca de uma maçã poderia pegar um atalho para o lado oposto da casca da fruta abrindo caminho através do miolo, em vez de mover-se por toda a superfície até lá, um viajante que passasse por um buraco de verme pegaria um atalho para o lado oposto do universo através de um túnel topologicamente incomum.

Definição

A noção básica de um buraco de verme intra-universo é a de que é uma região compacta do continuum espaço-tempo cuja fronteira é topologicamente trivial mas cujo interior não está simplesmente conectado. Formalizar esta idéia leva a definições tais como a seguinte, extraída de Lorentzian Wormholes de Matt Visser:

“
Se um espaço-tempo lorentziano contém uma região compacta Ω, e se a topologia de Ω está na forma Ω ~ R x Σ, onde Σ é um conduto triplo de topologia incomum, cuja fronteira possui topologia na forma dΣ ~ S², e se ademais, as hipersuperfícies Σ são todas espaço-similares, então a região Ω contém um buraco de verme intra-universo quase permanente.
”

Caracterizar buracos de vermes entre universos é mais complicado. Por exemplo, alguém poderia imaginar um universo "bebê" conectado ao seu "progenitor" por um "cordão umbilical". O "cordão" poderia ser também encarado como a garganta do buraco de verme, mas o espaço-tempo está simplesmente conectado.

Tipos de buracos de verme

Buracos de verme intra-universos conectam um local em um universo a outro local do mesmo universo (no mesmo tempo presente ou não presente). Um buraco de verme deverá ser capaz de conectar locais distantes no universo criando um atalho através do espaço-tempo, permitindo viajar entre eles mais rápido do que a luz levaria para transitar pelo espaço normal (ver a imagem acima). Buracos de verme inter-universos conectam um universo a outro^[2]. Isto dá margem à especulação de que tais buracos de verme poderiam ser usados para viajar de um universo paralelo para outro. Um buraco de verme que conecta universos (geralmente fechados) é frequentemente denominado como wormhole de Schwarzschild. Outra aplicação de um buraco de verme poderia ser a viagem no tempo. Neste caso, é um atalho de um ponto no espaço-tempo para outro. Na teoria das cordas, o buraco de verme tem sido visto como uma conexão entre duas D-branas, onde as bocas estão ligadas às branas e são conectadas por um tubo de fluxo ^[3]. Finalmente, acredita-se que buracos de verme sejam parte da espuma quântica^[4]. Existem dois tipos principais de buracos de verme: buracos de verme lorentzianos e buracos de verme euclidianos. Os buracos de verme lorentzianos são estudados primordialmente na relatividade geral e gravitação semiclássica, enquanto os buracos de verme euclidianos são estudados em física de partículas. Buracos de verme transponíveis são um tipo especial de buraco de verme lorentziano que permitiriam que uma pessoa viajasse de um lado do buraco de verme ao outro. Serguei Krasnikov sugeriu a expressão atalho de espaço-tempo (spacetime shortcut) como uma descrição mais geral de buracos de verme (transponíveis) e sistemas de propulsão como a métrica de Alcubierre e o tubo de Krasnikov para indicar viagens interestelares mais rápidas que a luz.

Base teórica

Sabe-se que buracos de verme (lorentzianos) não são excluídos do arcabouço da relatividade geral, mas a plausabilidade física destas soluções é incerta. Também não se sabe se uma teoria de gravitação quântica, que juntasse a relatividade geral com a mecânica quântica, ainda permitiria a existência deles. A maioria das soluções conhecidas da relatividade geral que permitiriam buracos de verme transponíveis exigem a existência de matéria exótica, uma substância teórica que possui densidade de energia negativa. Todavia, não foi matematicamente provado que isto é um requisito absoluto para buracos de verme transponíveis, nem foi estabelecido que a matéria exótica não possa existir.^[5]

Entrando num buraco de verme

Mesmo se alguém encontrasse um buraco de verme e viajasse através dele, os cientistas não têm certeza sobre como isso afetaria o indivíduo. Alguns acreditam que um buraco de verme não se manteria estável por tempo suficiente para permitir a travessia. E existem teorias que sugerem que mesmo que ele permaneça estável, o viajante seria alterado de formas indeterminadas e poderia experimentar danos ao coração ou cérebro, e possivelmente até a morte.^[6]

Retirado de:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Buraco_de_minhoca