Ilustração do artista de uma espaçonave passando por um buraco de minhoca até uma galáxia distante. Crédito de imagem: NASA. Clique para ampliar.
Ouça a entrevista: Buracos de minhoca improváveis (4.5 mb)
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Fraser Cain: Agora, eu assisti minha parte dos episódios de Star Trek. Até que ponto isso me preparou para a verdadeira compreensão científica de um buraco de minhoca?
Dr. Stephen Hsu: Em Star Trek, eles realmente não usam buracos de minhoca, mas talvez o melhor tratamento em ficção científica para buracos de minhoca tenha sido no filme Contact, que é baseado em um livro de Carl Sagan. Na verdade, historicamente, quando Sagan estava escrevendo o romance - Sagan era um professor de astronomia - ele entrou em contato com um especialista em General Relativity, um cara chamado Kip Thorne, da Caltech, e queria ter certeza de que a maneira como os buracos de minhoca eram tratados em Contato era realmente o mesmo. perto de ser cientificamente correto possível. E isso realmente estimulou Thorne a fazer muita pesquisa sobre buracos de minhoca. Nosso trabalho é na verdade uma extensão das coisas que ele fez.
Fraser: Então, se você quisesse construir um buraco de minhoca, teoricamente, o que faria?
Hsu: Você precisa ter um tipo de matéria muito estranha ou exótica e essa matéria precisa ter uma pressão altamente negativa. Acontece que, para estabilizar a garganta ou o tubo do buraco de minhoca, você precisa de matéria muito estranha e nosso trabalho tem a ver com a possibilidade desse tipo de matéria nos modelos da física de partículas.
Fraser: Digamos que você construa uma lágrima no espaço-tempo e a preencha com matéria exótica para mantê-la aberta. Depois, você pode mover os dois pontos finais do buraco de minhoca ao redor do Universo e eles se conectariam no espaço e no tempo.
Hsu: Mas em algumas histórias de ficção científica eles postulam que existem apenas alguns buracos de minhoca que sobraram do Big Bang, e nós apenas descobríamos um e começamos a usá-lo. Mas o modelo construtivo é que os humanos, ou alguma civilização alienígena, constroem os seus próprios e, nesse caso, as duas extremidades do buraco de minhoca provavelmente estão bem próximas no início, mas depois você as separa.
Fraser: Onde sua pesquisa levou você a olhar para os buracos de minhoca?
Hsu: Estávamos estudando restrições fundamentais em algo chamado “equação do estado da matéria” - que propriedades, como pressão ou densidade de energia, podem ter matéria. Encontramos algumas restrições muito fortes, e essas restrições são muito negativas para a possibilidade de construir um buraco de minhoca.
Fraser: Que efeito eles terão no buraco de minhoca?
Hsu: Para obter a matéria exótica muito estranha que mencionei antes com pressão muito negativa, as equações mostram que quando você força a pressão a ser tão negativa, sempre há algum modo instável na matéria, o que significa que se você estivesse para esbarrar em seu aparelho, você pode encontrar a matéria exótica - que está estabilizando o buraco de minhoca - simplesmente cai em um monte de fotos ou algo assim.
Fraser: É uma questão de não esbarrar no seu aparelho, ou é teoricamente impossível alcançar um ponto estável?
Hsu: Eu diria que é teoricamente impossível construir matéria clássica que seja estável e possa estabilizar um buraco de minhoca. Você pode perguntar, bem, talvez eu evite esbarrar na coisa, mas se você enviar uma pessoa pelo buraco de minhoca, isso por si só daria um solavanco e provavelmente causaria a desmoronamento da coisa toda.
Fraser: digamos que você não deseje enviar pessoas, você só queria enviar informações - respondendo no tempo.
Hsu: Isso não está excluído. Acontece que as restrições que derivamos têm a ver com a matéria em que os efeitos quânticos são relativamente pequenos. Se você tem matéria em que os efeitos quânticos são muito grandes, ainda pode ter um buraco de minhoca estável. O próprio buraco de minhoca seria confuso de uma maneira quântica. O tubo do buraco de minhoca estaria flutuando como um estado quântico. Agora, isso não impede que você envie uma mensagem no tempo; pode ser necessário tentar enviar a mensagem várias vezes para que ela chegue aonde você deseja. Mas, talvez você ainda possa enviar uma mensagem. Enviar uma pessoa pode ser perigoso se o buraco de minhoca estiver flutuando porque a pessoa pode acabar no lugar errado ou na hora errada.
Fraser: Eu ouvi estimativas de que a construção de um buraco de minhoca exigiria mais energia do que todo o Universo. Você tem algum tipo de cálculo para esse efeito?
Hsu: Nossos cálculos não mostram necessariamente isso. É necessária uma quantidade tremenda de densidade de energia para criar um buraco de minhoca que é grande o suficiente para que um humano se encaixe. Mas, geralmente considerando esse tipo de problema, você assume que qualquer civilização que esteja tentando fazer isso possui tecnologia arbitrariamente avançada. O que estamos tentando entender é se existe uma limitação não proveniente da tecnologia, mas realmente proveniente das leis fundamentais da física.
Fraser: E aonde sua pesquisa o levará a partir deste ponto? Existe algo sobre o qual você ainda está um pouco inseguro?
Hsu: Nosso resultado tem que lidar principalmente com os buracos de minhoca clássicos, ou buracos de minhoca cujo espaço-tempo não é muito mecânico quântico, e ainda estamos interessados em ver se podemos estender nossos resultados para cobrir buracos de minhoca nos quais o espaço-tempo é nebuloso.
Fraser: Há um novo trabalho sobre energia escura, onde eles estão dizendo que o efeito da energia escura parece estar acontecendo no Universo, que está acelerando. Ou existe uma nova forma de energia que nunca foi vista antes, ou talvez seja um colapso nas teorias de Einstein em um nível amplo. Se parte desse trabalho começar a mostrar que talvez a relatividade de Einstein não seja capaz de explicá-la em um nível mais amplo, isso terá implicações no entendimento clássico do que é um buraco de minhoca?
Hsu: No contexto da energia escura, uma vez que é algo que afeta a estrutura em larga escala do Universo, o comportamento do Universo em escalas de comprimento de megarsegundos, é sempre possível que a Relatividade Geral como teoria seja modificada a distâncias muito grandes e porque não conseguimos testá-lo nessas distâncias. Portanto, é sempre possível que as conclusões da Relatividade não sejam aplicáveis. No nosso caso, a escala de comprimento sobre a qual estamos usando a Relatividade Geral é do tamanho de um ser humano. Portanto, seria um tanto surpreendente se a Relatividade Geral já se decompusesse nessas escalas de comprimento, embora seja possível.
Fraser: Portanto, é mais do lado pequeno o que você está vendo. Ainda explica as coisas muito bem nessa escala.
Hsu: Certo, existem testes experimentais mais fortes da relatividade geral, ou pelo menos da gravidade newtoniana, em escalas de comprimento de metros do que em megarsegundos. Portanto, estamos um pouco mais confiantes de que a formulação matemática da gravidade que estamos usando está correta.
Fraser: Se eu quisesse atravessar o Universo rapidamente, talvez eu devesse procurar o warp drive, ou talvez simplesmente a velha mudança no espaço regular.
Hsu: Eu sou um grande fã de ficção científica e sou desde criança, mas como cientista, devo dizer que parece que nosso Universo parece não ser construído de uma maneira muito conveniente para os seres humanos de estrela em estrela. E a ficção científica que acabamos ficando perto do nosso Sol, mas fazemos coisas incríveis com bioengenharia ou tecnologia da informação ou IA. parece mais provável de ser realizável com nossas leis físicas do que Star Trek.
