segunda-feira, 20 de outubro de 2014

Apresentando a Buracos Negros #3 - Buracos Negros (os próprios!)


Buracos Negros

Quando você distorce o espaço e o tempo, você também distorce os caminhos em que os raios de luz viajam. Já que nada pode viajar mais rápido do que a luz, isso significa que as regras da causalidade (o que pode afetar o que) são elas mesmas afetadas pela influencia gravitacional da matéria! Quanto mais massa há em um lugar, mais forte o espaço e o tempo são afetados la.

Se você concentrar massa o suficiente na mesma região do espaço, então a distorção do espaço-tempo é tão severa que você pode ter uma região que não pode afetar o mundo de fora. Coisas podem entrar, mas não podem sair. Essa região é chamada de buraco negro. Aqui vai uma imagem de um buraco negro simples (não-rotacional, imutável) parado em um espaço vazio:












Aviso: Esse diagrama representa espaço em um tempo. No entanto, o significado de “em um tempo” é altamente ambíguo na Relatividade Geral e precisa ser feito preciso escolhendo as coordenadas, o que não foi feito. Distancias e tempos de viagem não são, e não podem ser, adequadamente representadas pelas distancias Euclideanas encontradas em um monitor de computador. O diagrama é uma representação bidimensional de um objeto tridimensional – o usuário deve pretender que o circulo é na verdade uma esfera. ESSE DIAGRAMA NÃO É DESTINADO PARA USO DE NAVEGAÇÃO; O PRODUTO É COLOCADO “COMO ESTA” SEM GARANTIA EXPRESSA OU IMPLICITA. Por favor, consulte um livro de Relatividade Geral para mais informações.

O horizonte de evento de um buraco negro é a superfície onde, se você passar por ali, é impossível de se escapar para o mundo de fora. Isso porque, da perspectiva de alguém entrando, o horizonte de evento esta se movendo para fora na velocidade da luz (mesmo que ele não aumente de tamanho). No caso de um buraco negro não-rotacional, o horizonte de evento tem o formato esférico. Se você esta preocupado sobre cair dentro de um buraco negro, você talvez queira saber: O quão grande é um buraco negro? E a resposta é: Depende. O buraco negro pode ter qualquer tamanho. O raio de um buraco negro é proporcional à massa do buraco negro: quando mais massa um buraco negro tem, maior ele fica. Se o sol fosse se tornar em um buraco negro (não se preocupe, ele não pode) o raio seria se 3 km (muito menor do que o raio atual do sol de 700.000 km). Se esse evento impossível fosse acontecer, A órbita da terra não mudaria! Isso porque a aceleração gravitacional em direção a um objeto depende apenas da massa e da distancia. Buracos negros não têm mais “poder de sucção” do que qualquer outra coisa com a mesma massa. A massa é apenas mais concentrada.
Apesar do horizonte de eventos ser um lugar especial da perspectiva da causalidade, você não deveria pensar nisso como um objeto físico real parado ali no espaço. Se você passar através de um horizonte de eventos, você não acertaria nenhum objeto enquanto estivesse o atravessando; é apenas espaço vazio. Se você realmente olhar de perto de um ponto no horizonte de eventos, ele vai parecer exatamente como qualquer outro lugar no universo. É apenas especial da perspectiva de todo o espaço-tempo.
Se você passasse através do horizonte, você inevitavelmente seria sugado mais e mais para o centro do buraco negro. La, você seria esmagado em uma singularidade. Da perspectiva da Relatividade Geral, a distorção do espaço e do tempo se torna infinita na singularidade. Já que não faz sentido perguntar que acontece depois de você atingir a singularidade, até onde a Relatividade Geral é considerada, o tempo se torna o fim na singularidade de um buraco negro. (Isso é similar a maneira que o tempo parece ter vindo a existência, com a singularidade do “Big Bang”. No entanto, isso também é diferente do Big Bang em que ele parece ter começado o tempo em todo o lugar ao mesmo tempo, enquanto as singularidades dos buracos negros apenas terminam o tempo em um lugar.)
Por outro lado, a Relatividade Geral não leva em conta a mecânica quântica. Quando se chega perto de uma singularidade, a incerteza da mecânica quântica na geometria do espaço e tempo deve se tornar importante. Já que nós realmente não sabemos como fazer teorias de gravitação quântica matematicamente consistentes, uma resposta melhor é que nós não sabemos o que realmente acontece em uma singularidade. Pode ser, como alguns têm sugerido, que a singularidade de alguma forma se torne em um portal para alguma outra região do espaço-tempo (talvez um “universo bebe”). Mas sugestões como essa são todas altamente especulativas. (Eu [Aron] mesmo argumentei em uma de minhas publicações que o tempo realmente termina na singularidade, mas claro que eu realmente não estou certo, assim como qualquer outra pessoa.)
Você pode dizer, então agora que nós fomos apresentados aos buracos negros, o que dizer sobre a termodinâmica deles? É bom ver você querendo aprender sobre meu trabalho. Infelizmente, antes de discutir a termodinâmica de buracos negros, vou ter que falar primeiro rapidamente sobre a velha termodinâmica ordinária.


Traduzido de: Aron Wall, “An Introduction to Horizon Thermodynamics for Non-Physicists”, em “Part 1: Introducing Black Holes – Black Holes” - http://www.wall.org/~aron/horizon.htm

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