Revista Quanta

Mar 09, 2023

6 de junho de 2023

Olena Shmahalo para Quanta Magazine

Escritor Colaborador

6 de junho de 2023

A morte térmica exerceu um fascínio mórbido sobre os físicos da era vitoriana. Foi um dos primeiros exemplos de como a física cotidiana se conecta aos maiores temas da cosmologia. Jogue cubos de gelo em um copo de água e você criará uma situação de desequilíbrio. O gelo derrete, o líquido esfria e o sistema atinge uma temperatura comum. Embora o movimento não cesse - as moléculas de água continuam a se reorganizar - ele perde qualquer sentido de progresso e a distribuição geral das velocidades moleculares não muda.

Os fundadores da termodinâmica do século XIX perceberam que o mesmo vale para o universo como um todo. Uma vez que todas as estrelas se apaguem, o que sobrar - gás, poeira, cadáveres estelares, radiação - entrará em equilíbrio. "Daquela época em diante, o universo seria condenado a um estado de repouso eterno", escreveu Hermann von Helmholtz em 1854. A cosmologia moderna não alterou esse quadro básico.

Mas ultimamente os físicos têm pensado que um universo supostamente sem calor é muito mais interessante do que parece. A história deles começa com uma pergunta sobre buracos negros – outro enigma além daqueles que chamam mais atenção. De acordo com nossa compreensão padrão dos buracos negros, eles continuam a mudar muito depois de chegarem ao equilíbrio. Uma investigação sobre o porquê levou os pesquisadores a reconsiderar como as coisas em geral evoluem – incluindo o próprio universo. "Ninguém pensou muito sobre isso porque é meio chato: parece equilíbrio e nada acontece", disse Brian Swingle, físico da Brandeis University. "Mas então surgiram os buracos negros."

Quando um cubo de gelo derrete e atinge o equilíbrio com o líquido, os físicos costumam dizer que a evolução do sistema acabou. Mas não aconteceu - há vida após a morte por calor. Coisas estranhas e maravilhosas continuam acontecendo no nível quântico. “Se você realmente olhar para um sistema quântico, a distribuição de partículas pode ter se equilibrado e a distribuição de energia pode ter se equilibrado, mas ainda há muito mais acontecendo além disso”, disse Xie Chen, físico teórico do Instituto de Tecnologia da Califórnia. .

Chen, Swingle e outros pensam que, se um sistema equilibrado parece chato e blá, simplesmente não o estamos olhando da maneira certa. A ação mudou de quantidades que podemos ver diretamente para quantidades altamente deslocalizadas que requerem novas medidas para rastrear. A medida preferida, no momento, é conhecida como complexidade do circuito. O conceito se originou na ciência da computação e foi apropriado – mal-apropriado, alguns reclamaram – para quantificar os padrões de florescimento em um sistema quântico. A obra é fascinante pela forma como reúne múltiplas áreas da ciência, não apenas buracos negros, mas também caos quântico, fases topológicas da matéria, criptografia, computadores quânticos e a possibilidade de máquinas ainda mais poderosas.

Receba a revista Quanta em sua caixa de entrada

Vídeo : Leonard Susskind e colaboradores decidiram entender por que os interiores dos buracos negros crescem para sempre. Eles acabaram propondo uma nova lei da física.

Christopher Webb Young/Revista Quanta

Em meados do século 20, os buracos negros eram misteriosos por causa de sua "singularidade" em seu núcleo, um lugar onde a matéria em queda torna-se infinitamente compactada, a gravidade se intensifica sem limites e as leis conhecidas da física são quebradas. Na década de 1970, Stephen Hawking percebeu que o perímetro ou "horizonte" de um buraco negro é igualmente estranho, criando o tão discutido paradoxo da informação. Ambos os quebra-cabeças continuam a deixar os teóricos perplexos e impulsionam a busca por uma teoria unificada da física.

Em 2014, Leonard Susskind, da Universidade de Stanford, identificou outro enigma: o volume interior do buraco negro. Do lado de fora, um buraco negro parece uma grande bola preta. De acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein, a bola cresce quando o material cai, mas, caso contrário, ela apenas fica lá.