DEUS e Seus Dados, PT 2

Isto era impossível, de acordo com as ideias então aceitas de espaço e tempo. Mas em 1915, Einstein apresentou a sua revolucionária Teoria Geral da Relatividade. Nela, espaço e tempo não eram mais entidades separadas e independentes. Ao invés disto, eles eram somente diferentes direções em um único objeto chamado espaço-tempo. Este espaço-tempo não era plano, mas deformado e encurvado pela matéria e energia nele contidas.Para entender isto, considere uma superfície de borracha com um peso nela colocado, para representar a estrela. O peso formará uma depressão na borracha, e por sua causa a superfície perto da estrela será curva, ao invés de plana. Se rolarmos bolas de gude na superfície de borracha, suas trajetórias serão curvas, ao invés de linha retas. Em 1919, uma expedição britânica na África Ocidental observou a luz de estrelas distantes que passou perto do sol durante um eclipse. Eles descobriram que as imagens das estrelas foram deslocadas levemente de suas posições normais. Isto indicou que as trajetórias da luz das estrelas tinham sido desviadas pelo espaço-tempo curvo perto do sol. A Relatividade Geral estava confirmada.

Considere agora colocar pesos mais e mais pesados e concentrados na superfície de borracha. Eles irão formar uma depressão na superfície cada vez maior. Finalmente, em um peso e tamanho críticos, eles farão um buraco sem fundo na superfície, onde as partículas podem cair, mas nada pode ser retirado.

O que acontece no espaço-tempo, de acordo com a Relatividade Geral, é bem parecido. Uma estrela encurvará e distorcerá o espaço-tempo perto dela, mais e mais quanto mais massiva e compacta for a estrela. Se uma estrela massiva, que queimou seu combustível nuclear, esfria e se encolhe abaixo de um tamanho crítico, ela formará literalmente um buraco sem fundo no espaço-tempo, de onde a luz não pode sair. A tais objetos foi dado o nome de Buracos Negros, pelo físico americano John Wheeler, que foi um dos primeiros a reconhecer a sua importância, e os problemas que levanta. O nome pegou rápido. Para os americanos, sugeria algo escuro e misterioso, enquanto que para os britânicos havia a ressonância adicional do Buraco Negro de Calcutá. Mas os franceses, sendo franceses, viram um significado mais risqué. Por anos, eles resistiram ao nome, trou noir, dizendo que era obsceno. Mas era um pouco como tentar resistir ao le weekend, e outros franglais.1 Ao final, tiveram que desistir. Quem pode resistir a um nome tão vencedor?

Agora, temos observações que indicam buracos negros em vários objetos, de sistemas estelares binários ao centro das galáxias. Então, hoje é geralmente aceito que buracos negros existem. Mas, além de seu potencial para a ficção científica, qual é o seu significado para o determinismo? A resposta está em um adesivo que eu tinha na porta do meu escritório: Buracos Negros Estão Fora do Alcance. Não somente as partículas e os astronautas azarados que caem dentro de um buraco negro nunca mais voltam, mas também a informação que eles carregam é perdida para sempre, ao menos da nossa região do universo. Você pode jogar aparelhos de televisão, anéis de diamante, ou mesmo seus piores inimigos dentro de um buraco negro, e tudo que o buraco negro recordará é a massa total, e o estado de rotação. John Wheeler cunhou isto como, ‘Um Buraco Negro não Tem Cabelos.’ Para os franceses, isto somente confirmou suas suspeitas.

Desde que se pensasse que os buracos negros continuariam a existir para sempre, esta perda de informação não parece importar muito. Poderia dizer-se que a informação ainda existia dentro do buraco negro. Acontece que não se pode dizer o que é, do lado de fora. Entretanto, a situação mudou quando eu descobri que os buracos negros não são completamente negros. A mecânica quântica faz com que eles emitam partículas e radiação a uma taxa constante. Este resultado veio como uma total surpresa para mim, e para todos os outros. Mas, pensando após o fato ocorrido, deveria ter sido óbvio. O que pensamos como espaço vazio não é realmente vazio, mas é preenchido com pares de partículas e antipartículas. Estas aparecem juntas em algum ponto do espaço e tempo, movem-se separadamente, e então juntam-se e aniquilam-se. Estas partículas e antipartículas ocorrem porque um campo, tais como os campos que transmitem luz ou gravidade, não podem ser exatamente zero. Isto significaria que o valor do campo teria tanto uma posição exata (no zero) e uma velocidade ou taxa de mudança exata (também zero). Isto seria contra o Princípio da Incerteza, simplesmente porque uma partícula não pode ter tanto uma posição exata quanto uma velocidade exata. Então todos os campos devem ter as chamadas flutuações de vácuo. Devido ao comportamento quântico da natureza, pode-se interpretar estas flutuações de vácuo em termos de partículas e antipartículas, como descrevi.

Estes pares de partículas ocorrem para todas as variedades de partículas elementares. Elas são chamadas partículas virtuais, porque ocorrem mesmo no vácuo, e não podem ser medidas diretamente por detectores. Entretanto, os efeitos indiretos das partículas virtuais, ou flutuações de vácuo, tem sido observadas em numerosos experimentos, e sua existência confirmada.

Se há um buraco negro por perto, um membro de um par partícula antipartícula pode cair dentro do buraco, deixando o outro membro sem um parceiro com o qual aniquilar-se. A partícula abandonada pode igualmente cair dentro do buraco, mas também pode escapar para uma grande distância do buraco, onde se tornará uma partícula real, que pode ser medida por um detector. Para alguém longe do buraco negro, ela parecerá ter sido emitida pelo buraco. Esta explicação de como os buracos negros não são tão negros torna claro que a emissão dependerá do tamanho do buraco negro, e da taxa à qual ele está rotando. Mas uma vez que os buracos negros não têm cabelos, na frase de Wheeler, a radiação será do contrário independente do que foi ao buraco. Não importa se você jogar aparelhos de televisão, anéis de diamante, ou seus piores inimigos dentro do buraco negro. O que volta para fora será o mesmo.

Então, o que tudo isto tem a ver com determinismo, que é o suposto assunto desta palestra? O que isto mostra é que há muitos estados iniciais, contendo aparelhos de televisão, anéis de diamantes, e até pessoas, que evoluem para o mesmo estado final, ao menos do lado de fora do buraco negro. Mas na visão de Laplace do determinismo, havia uma correspondência um a um entre os estados iniciais e os estados finais. Se você soubesse o estado do universo em algum instante do passado, você poderia prevê-lo no futuro. Similarmente, se você o conhecesse no futuro, poderia calcular como ele deveria ter sido no passado. O advento da teoria quântica nos anos 20 reduziu a extensão do que se poderia prever pela metade, mas ainda deixou uma correspondência um a um entre os estados do universo em tempos diferentes. Se alguém soubesse a função de onda em um instante, poderia calcula-la em qualquer outro tempo.

Com buracos negros, entretanto, a situação é um pouco diferente. Acaba-se com o mesmo estado fora do buraco, seja o que for que se tenha jogado para dentro, uma vez que tenha alguma massa. Portanto não há uma correspondência um a um entre o estado inicial e o estado final, tanto fora quanto dentro do buraco negro. Mas o ponto importante é que a emissão de partículas e radiação pelo buraco negro causará a perda de massa do buraco negro, que ficará menor. Finalmente, parece que o buraco negro diminuirá para massa zero, e desaparecerá totalmente. O que, então, acontecerá com todos os objetos que caíram dentro do buraco, e todas as pessoas que nele se jogaram ou foram jogadas? Elas não podem sair novamente, porque não há massa ou energia suficiente no buraco negro para mandá-los para fora novamente. Eles podem passar para outro universo, mas isto não é algo que fará nenhuma diferença para aqueles de nós suficientemente prudentes para não se jogar em um buraco negro. Mesmo a informação sobre o que caiu no buraco não poderia sair novamente quando o buraco finalmente desaparecesse. Informação não pode ser transportada sem um custo, como aqueles de vocês que têm conta de telefone sabem. Informação requer energia para ser transportada, e não haverá energia sobrando quando o buraco negro desaparecer.

O que tudo isto significa é que a informação será perdida de nossa região do universo quando buracos negros são formados, e então evaporar. Esta perda de informação significará que podemos prever menos ainda do que pensávamos, de acordo com a teoria quântica. Na teoria quântica, não se pode prever com certeza tanto a posição quanto a velocidade de uma partícula. Mas ainda há uma combinação de posição e velocidade que pode ser prevista. No caso de um buraco negro, esta predição definitiva envolve ambos os membros de um par de partículas. Mas podemos medir somente a partícula que sai. Não há maneira mesmo em princípio de medirmos a partícula que cai no buraco. Então, até onde sabemos, ela poderia estar em qualquer estado. Isto significa que não podemos fazer nenhuma previsão definitiva sobre a partícula que escapa do buraco. Mas não há combinação de posição e velocidade de somente uma partícula que possamos predizer definidamente, porque a velocidade e a posição dependerão da outra partícula, que não observamos. Portanto parece que Einstein estava duplamente errado quando disse, Deus não joga dados. Não somente Deus definitivamente joga dados, mas Ele algumas vezes nos confunde jogando-os onde eles não podem ser vistos.

Muitos cientistas são como Einstein, ao ter uma profunda ligação emocional com o determinismo. Diferentemente de Einstein, eles aceitaram a redução em nossa habilidade de prever que a teoria quântica trouxe. Mas isto foi o bastante. Eles não gostaram da redução adicional que os buracos negros parecem implicar. Então eles tem afirmado que a informação na verdade não é perdida nos buracos negros. Mas não foram capazes de achar nenhum mecanismo que retornaria a informação. É apenas uma esperança pífia de que o universo seja determinístico, da forma como Laplace pensou. Sinto que estes cientistas não aprenderam a lição da história. O universo não se comporta de acordo com nossas ideias pré-concebidas. Ele continua a nos surpreender.

Alguém pode pensar que importaria muito se o determinismo entrasse em colapso perto de buracos negros. Estamos quase com certeza a pelos menos poucos anos-luz de um buraco negro de qualquer tamanho. Mas o Princípio da Incerteza implica que todas as regiões do espaço deveriam estar cheias de minúsculos buracos negros virtuais, que aparecem e desaparecem de novo. Pode-se pensar que partículas e informação poderiam cair nestes buracos negros, e serem perdidas. Como estes buracos negros são muito pequenos, uns cem trilhões de trilhões de vezes menor do que o núcleo de um átomo, a taxa com que a informação seria perdida seria muito baixa. É por isto que as leis da ciência parecem determinísticas, com muito boa aproximação. Mas em condições extremas, como no jovem universo, ou em colisões de alta energia entre partículas, poderia haver perda considerável de informação. Isto levaria à imprevisibilidade na evolução do universo.

Para resumir, o assunto do qual estive falando é se o universo evolui de maneira arbitrária ou se ele é determinístico. A visão clássica, apresentada por Laplace, era de que o movimento futuro das partículas estava completamente determinado, sabendo-se suas posições e velocidades em um instante. Esta visão teve que ser modificada quando Heisenberg apresentou o seu Princípio da Incerteza, que dizia que não se poderia conhecer ao mesmo tempo a posição e a velocidade acuradamente. Entretanto, ainda era possível prever uma combinação de posição e velocidade. Mas mesmo esta previsibilidade limitada desapareceu quando os efeitos dos buracos negros foram considerados. A perda de partículas e informação nos buracos negros significava que as partículas que saíam eram aleatórias. Poderia calcular-se probabilidades, mas nenhuma previsão definitiva. Portanto, o futuro do universo não está completamente determinado pelas leis da ciência e seu estado presente, como Laplace pensou. Deus ainda tem alguns truques.

Isto é tudo o que tenho a dizer por agora. Obrigado pela atenção.

Nota do Tradutor

1 – Weekend, palavra da língua inglesa que significa final de semana, foi incorporado ao francês como um estrangeirismo. Franglais é uma composição entre as palavras francesas français e anglais

(inglês). O autor está se referindo à notória resistência dos franceses à hegemonia da língua inglesa.

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