O Paradoxo da Perda de Informação nos Buracos Negros do Jornalismo

Talvez você já tenha lido em algum lugar uma notícia de que o Stephen Hawking (sim, aquele carinha da cadeira de rodas motorizada) famoso principalmente por seus trabalhos sobre buracos negros na década de 70 publicou um artigo afirmando que eles não existem, e que todo o trabalho dele sobre o assunto é agora irrelevante na opinião dele, dado que tais objetos não são reais.

Quando eu li o artigo na semana passada achei bem interessante, mas não esperava que fosse causar todo esse rebuliço. Como algumas (várias) pessoas já me vieram perguntar disso, vou tentar explicar mais ou menos o contexto e dar uma idéia do que o Hawking quis dizer. Deve ficar razoavelmente longo, então se quiser um resumo aqui vai (ou no blog do Thiago):

Tem esses tais de buracos negros. Na década de 70 o Hawking mostrou que se você levar em consideração efeitos quânticos acontece coisas estranhas, como por exemplo, você pode destruir “informação” no universo, algo em aparente contradição com a mecânica quântica. Isso virou um paradoxo famoso conhecido como paradoxo da perda de informação em buracos negros. E aí faz uns 30 anos tá todo mundo tentando descobrir como resolver isso. No final de 2012 uma galerinha peso-pesado da física teórica propôs que para não haver perda de informação existe no buraco negro uma coisa que chamaram de “firewall”, que destrói coisas quando entram no buraco negro. Aí o Hawking publicou quarta-feira um artigo tentando argumentar que esses “firewalls” não podem existir. O mesmo raciocínio que levou ele a essa conclusão também levou ele a considerar que uma das propriedades fundamentais dos buracos negros era impossível de ser realizada na natureza e que portanto os buracos negros no universo são levemente diferentes, embora de uma maneira importante. E essa diferença pequena mas importante que salva a “informação” perdida. E se você não sabe o que é um “firewall” ou nem mesmo o que eu quero dizer com “informação” tudo bem, eu também não sei direito. Só quero dizer que o real paradoxo da semana é como os jornalistas perderam a informação do artigo e conseguiram entender tudo ao contrário do que o Hawking quis dizer. Então, só pra ter certeza, buracos negros existem e o Hawking não afirmou o contrário. Ele só disse que eles são diferentes.

Ok, agora os detalhes. Como já expliquei anteriormente, buracos negros são formados quando uma estrela muito massiva colapsa sobre a própria gravidade. A gravidade na relatividade geral é um produto da curvatura do espaço-tempo, de modo que quando a estrela colapsa ela deforma o espaço-tempo e o buraco negro é o objeto formado de uma deformação tão grande que separa o espaço-tempo em duas regiões: uma externa que tem um comportamento de campo gravitacional normal, e uma interna onde o futuro fica eternamente confinado àquela região do espaço. Em outra palavras o buraco negro é uma região onde o futuro de tudo está contido dentro dele mesmo, de modo que nada pode escapar dele, afinal escapar significa que uma parte do seu futuro está do lado de fora. A fronteira entre o lado de fora e o lado de dentro é chamada horizonte de eventos. Eu sei que é complicado pensar desse jeito porque você tem que se imaginar como alguém que anda não só para a esquerda e direita, mas também para frente no tempo.

O (provável) trabalho mais famoso do Hawking em 1974 no entanto mostrou uma coisa engraçada. De forma bem ingênua (e devo dizer um raciocínio que não concordo inteiramente mas serve para dar uma idéia) a mecânica quântica diz que mesmo no mais absoluto vácuo existem flutuações. Flutuações do que? Bom, o vácuo, se você entender como ausência de partículas, espontaneamente cria pares de partícula e antipartícula que depois se juntam se aniquilando e sumindo de novo. Isso acontece muito rápido, mas o vácuo é cheio dessas flutações de matéria e antimatéria que surgem e somem. O problema é o que acontece perto do tal buraco negro. Se um par partícula-antipartícula aparecer muito perto do horizonte de eventos pode ser que um deles entre e nunca mais volte. A partícula do lado de fora então não consegue se aniquilar com seu par e é forçado a escapar. Então os efeitos quânticos prevêm que um buraco negro vive emitindo partículas que perderam o seu par para dentro do horizonte de eventos. Não só isso, mas essas partículas tem espectro térmico. O que significa que se você ficar nas redondezas de um buraco negro segurando um termômetro ele vai absorver essa radiação e registrar uma temperatura positiva no que antes parecia puro vácuo.

Qual o problema disso? O problema é que todos os corpos aquecidos a uma mesma temperatura devem emitir o mesmo espectro térmico, independentemente de sua estrutura. Então só olhando a radiação não dá para saber se o calor vem de um pedaço de carvão queimando ou do seu fogão. Mas um resultado de mecânica quântica diz que a evolução de um sistema sempre preserva informação. Por exemplo o carvão queimando não emite radiação exatamente térmica, mas com pequenas correlações, de modo que quando o carvão termina de queimar se você juntar a informação na radiação com a que sobrou nas cinzas consegue recuperar (em princípio) toda a informação sobre o carvão original.

O drama é que a radiação do Hawking é exatamente térmica na conta dele, ou seja não contém nenhuma informação sobre o que formou o buraco negro. E conforme o buraco negro irradia essas partículas carregam energia embora. E da lição do Einstein E=mc^2 energia é massa, então o buraco negro ao emitir radiação vai perdendo massa e ficando cada vez menor. Percebeu o problema? Se isso continuar indefinidamente então o buraco negro vai emitir toda a sua massa em forma de radiação e desaparecer, fazendo as pessoas do lado de fora perder toda a informação originalmente contida na estrela que formou o buraco negro. Esse é o paradoxo.

Agora suponha que você ache que tem alguma coisa muito errada com perda de informação (só para constar, essa é a opinião da maioria, mas não faltam bons argumentos para a perda de informação também). O que os pesos pesados que mencionei (Polchinski e Marolf, junto com Sully e Almheiri) mostraram foi que se a informação não é perdida então as partículas da radiação estão emaranhadas tanto com as partículas que caem no buraco negro como com as outras partículas da radiação. Emaranhadas significa que elas estão correlacionadas de um modo intrinsecamente quântico (não precisa se preocupar com isso agora), e um outro resultado da mecânica quântica diz que você só pode estar maximalmente emaranhado com um único outro objeto. Então a não perda de informação leva uma partícula da radiação a estar maximalmente emaranhada com duas coisas diferentes, o resto da radiação emitida antes e a antipartícula que cai no buraco negro. Para salvar o teorema sobre emaranhamento os rapazes ali propuseram que logo no horizonte de eventos a gravitação quântica faz surgir um “firewall” que destrói toda a informação do que cai.

“Mas Cesar, Deus-do-céu, faz cinco parágrafos que eu só quero saber do Hawking e você não para de falar de outra coisa” eu ouço você dizer. Perfeito, é que o artigo do Hawking que tem causado comoção generalizada é uma crítica aos “firewalls”. O artigo primeiro relembra duas críticas anteriores aos “firewalls”, basicamente que eles violam gravemente partes estabelecidas da relatividade geral sem nenhum motivo e que quando calculamos a energia no horizonte de eventos tudo parece regular. Então o Hawking passa para o argumento dele:

Ele supõe que o que quer que seja gravitação quântica ela é invariante por CPT. Aqui “T” quer dizer reversão temporal, trocar passado por futuro. “C” é conjugação de carga, troca, por exemplo, a carga negativa pela positiva. E “P” é paridade, mais ou menos como naquela aula de química orgânica que você estudou isômeros ópticos que são moléculas que olhados no espelho não são elas mesmas, mas revertidas direita-esquerda, exatamente como sua mão. Invariante CPT significa que se você reverter o tempo, a paridade e conjugar carga então chega num fenômeno equivalente ao que começou. CPT é uma simetria fundamental da natureza até onde sabemos, então faz algum sentido assumir isso.

Então o Hawking diz para você colocar o buraco negro em uma caixa para que a radiação emitida não vá embora (isso é feito de um jeito rigoroso, só estou dando a idéia geral). Então o buraco negro deve evaporar inteiro até ficar só com a caixa cheia de radiação. E aí ele argumenta que o processo de evaporação pode ser entendido como o processo de formação do buraco negro a partir da radiação revertido no tempo (e conjugado da parte CP que faltou). E como a formação é uma coisa sem nada demais ele concluiu que “firewalls” não existem.

A questão é que esse mesmo argumento leva a concluir que horizonte de eventos também não existem. E sempre definimos o que são buracos negros como aquela parte do espaço-tempo separada do resto por um horizonte de eventos. Daí a frase “The absence of event horizons mean that there are no black holes – in the sense of regimes from which light can’t escape to infinity”, que foi traduzida em todos os lugares por “A ausência de horizontes de eventos significa que não existem buracos negros”, esquecendo que o que vem depois esclarece que é só no sentido de algo cujo futuro está contido nele mesmo. A frase seguinte a essa esclarece que embora não existam horizontes de eventos de acordo com esse argumento, ainda existem horizontes aparentes. Imagine uma esfera oca revestida de lampadas por dentro e por fora. Se você ligar e desligar rápido as lâmpadas vai emitir um pulso de luz para fora e para dentro. O que vai para fora sai fazendo uma “esfera de luz” que vai ficando cada vez menor, e o de dentro uma “esfera de luz” cada vez menor. Mas dentro de um horizonte aparente tanto a luz emitida para dentro quanto a luz emitida para fora fazem esferas cada vez menores. Isso porque a gravidade atrai até a luz, comprimindo ela.

Então o horizonte de eventos captura a idéia de que nada escapa e o horizonte aparente a idéia de que a gravidade é tão forte que atrai até a luz para dentro. O que o Hawking quis dizer é que na visão dele não temos mais horizonte de eventos mas ainda temos horizontes aparentes, de forma que os buracos negros na natureza ainda são o que achávamos antes, só que como os horizontes aparentes não impedem coisas de muito para o futuro escapar daquela região então ainda é possível sair do buraco negro, o que salva também o paradoxo da informação.

Perceba então que é uma questão de definição. É como se alguém me perguntasse o que é o Fluminense, e eu fosse explicar que é o time que foi rebaixado para a segunda divisão do brasileiro em 2013 tendo terminado o campeonato em 17º lugar. Mas depois alguém descobriu que isso é contra uma lei e extinguiram essa situação. Isso significa que o Fluminense deixou de existir? Porque parece que os meios jornalísticos leram exatamente assim o artigo do Hawking. Claro que não, assim como várias outras características dos buracos negros permanecem inalteradas, ainda posso dizer que o Flu é o time oficial do tapetão (embora a diretoria da Lusa parece ter merecido, os torcedores jamais).

Então o Hawking não recuou ou recusou seu trabalho anterior. Se o argumento do Hawking estiver correto isso não significa que todo mundo que estudou buracos negros perdeu tempo. Tenha certeza que o artigo tem fundamentações matemáticas. Ele é baseado em simetrias, que são descritas pela teoria de grupos. Por exemplo, é como se ele estivesse dizendo que se um skatista dropa num half ele não consegue subir do outro lado mais alto do que ele saiu a menos que ele faça força adicional. Não precisa fazer a conta, você usa a simetria que garante conservação de energia e pronto. Acabou.

Também não é verdade que a fama dele anterior é o que o mantém longe do ridículo. Pessoalmente não acredito que o argumento esteja correto (por outros motivos que não cabem aqui), mas está longe de ser 100% devaneio. Não é especulação, é um argumento teórico matemático simples porém preciso. Resta verificar se a matemática é correta e consistente. Mas isso não está em mais contas e equações, isto está em verificar se não existem outras hipóteses escondidas. É uma questão de lógica entende?

Então a surpresa é como a mídia conseguiu fazer toda essa tempestade em cima de um aumento incremental em uma discussão antiga. Parece ser a mídia que foi vítima da fama do Hawking e perdeu toda a informação que ele quis passar. Certamente a Nature não ajudou ao fazer uma matéria ridícula, que parece ter confundido a cabeça do pessoal no Estadão.

Não quero aqui colocar os jornalistas na cruz como já fiz anteriormente (não vou linkar nada, se quiser procura na categoria “jornalismo e ciência”). Antes eu era novo e tolo, e queria lembrar os jornalistas que eles são todos muito burros e analfabetos funcionais por não conseguirem nem ler o que está escrito dentro de um contexto. Hoje graças a uma mudança na marca de cigarros e um aumento no consumo de cerveja sou uma pessoa calma (Souza Cruz e Ambev, temos vagas para publicidade aqui no blog, me liguem). Não dá para esquecer o quão importante são os jornalistas na nossa sociedade e como quando eles noticiam que o Hawking recusou todo um trabalho anterior a mensagem que passa é que ciência é feita de qualquer jeito e que seria melhor investir na cura do câncer e bla-bla-bla. Se a nossa sociedade não investe em ciência é porque não a entende, e se não há entende é parte culpa do sistema educacional, mas parte culpa da mídia que tem jornalistas cobrindo matérias sem tentar entender do que se trata. Ontem ouvi o preocupante relato de um professor dizendo que se recusa a dar entrevistas para um famoso jornal porque eles têm o hábito de “citar” coisas que ele não disse para obter frases de impacto.

Olha, eu sei que vocês jornalistas tem prazos para cumprir, que é difícil noticiar ciência e levantar interesse, são todos problemas que eu tenho também. Eu tenho relatório do doutorado para escrever e tirei aqui algumas horas do meu dia para esclarecer tudo isso, algo que não podia deixar para depois dada as loucuras que apareceram. Embora seja complicado é importante lembrar a responsabilidade do jornalista dentro da sociedade. E para não dar a impressão que odeio todos os jornalistas, vou aqui recomendar dois que cobrem ciência que acho bons: o Herton Escobar e o Rafael Garcia.

PS: Estou meio sem tempo de fazer uma revisão boa, se tiver erros de quaisquer tipo, inclusive gramaticais, coloquem nos comentários por favor. E se expliquei alguma coisa muito rápido, como sempre, é só perguntar

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