Wormhole: história, teoria, tipos, treinamento, viagem no tempo

Um buraco de minhoca, em astrofísica e cosmologia, é uma passagem que conecta dois pontos no tecido do espaço-tempo. Assim como a maçã que cai inspirou a teoria da gravitação de Isaac Newton em 1687, os vermes que perfuram as maçãs inspiraram novas teorias, também no âmbito da gravitação.

Assim como o verme consegue alcançar outro ponto na superfície do bloco através de um túnel, buracos de minhoca no espaço-tempo são atalhos teóricos que permitem viajar para lugares distantes no universo em menos tempo.

É uma ideia que capturou e continua a capturar a imaginação de muitos. Enquanto isso, os cosmologistas estão ocupados procurando maneiras de provar sua existência. Mas no momento eles ainda são objeto de especulação.

Para chegar um pouco mais perto da compreensão dos buracos de minhoca, a possibilidade de viajar no tempo através deles e as diferenças que existem entre buracos de minhoca e buracos negros, devemos nos colocar no conceito de espaço-tempo.

O que é o espaço-tempo?

O conceito de espaço-tempo está intimamente ligado ao do buraco de minhoca. É por isso que é necessário estabelecer primeiro o que é e qual é sua principal característica.

O espaço-tempo é onde ocorre todo e qualquer evento no universo. E o universo, por sua vez, é a totalidade do espaço-tempo, capaz de abrigar todas as formas de matéria-energia e muito mais ...

Quando o namorado encontra a namorada é um evento, mas esse evento tem algumas coordenadas espaciais: o local da reunião. E uma coordenada temporal: ano, mês, dia e hora da reunião.

O nascimento de uma estrela ou a explosão de uma supernova são também eventos que ocorrem no espaço-tempo.

Agora, em uma região do universo livre de massa e interações, o espaço-tempo é plano. Isso significa que dois raios de luz que iniciam paralelamente continuam assim, contanto que permaneçam nessa região. A propósito, para um raio de luz, o tempo é eterno.

É claro que o espaço-tempo nem sempre é plano. O universo contém objetos que possuem massa que modifica o espaço-tempo, originando uma curvatura espaço-temporal em escala universal.

Foi o próprio Albert Einstein quem percebeu, em um momento de inspiração que ele chamou de "a idéia mais feliz da minha vida", que um observador acelerado é localmente indistinguível de alguém que está próximo de um objeto massivo. É o famoso princípio da equivalência.

E um observador acelerado curva o espaço-tempo, isto é, a geometria euclidiana não é mais válida. Portanto, no ambiente de um objeto massivo como uma estrela, um planeta, uma galáxia, um buraco negro ou o próprio universo, o espaço-tempo é curvo.

Essa curvatura é percebida pelos seres humanos como uma força chamada gravidade, diária mas misteriosa ao mesmo tempo.

A gravidade é tão enigmática quanto a força que nos empurra para frente quando o ônibus em que viajamos pára abruptamente. É como se, de repente, algo invisível, escuro e imenso, por um momento, ficasse à nossa frente e nos atraísse, empurrando-nos de repente para a frente.

Os planetas se movem em forma elíptica em torno do Sol porque a massa deste produz uma depressão na superfície espaço-temporal que faz com que os planetas encurvam suas trajetórias. Um raio luminoso também curva sua trajetória seguindo a depressão espaço-temporal produzida pelo sol.

Túneis através do espaço - tempo

Se o espaço-tempo é uma superfície curva, em princípio nada impede que uma área se conecte com outra através de um túnel. Viajar através de um túnel como este envolveria não apenas mudar de lugar, mas também oferecer a possibilidade de ir para outra época.

Esta ideia inspirou muitos livros, séries e filmes de ficção científica, entre eles a famosa série americana dos anos sessenta "O túnel do tempo" e mais recentemente "Deep Space 9" da franquia Star Trek e o filme interestelar de 2014.

A ideia veio do mesmo Einstein, que procurando soluções para as equações de campo da Relatividade Geral, encontrou com Nathan Rosen uma solução teórica que permitiu conectar duas regiões diferentes do espaço-tempo através de um túnel que funcionava como um atalho.

Essa solução é conhecida como ponte Einstein-Rosen e aparece em uma obra publicada em 1935.

No entanto, o termo "buraco de minhoca" foi usado pela primeira vez em 1957, graças aos físicos teóricos John Wheeler e Charles Misner em uma publicação naquele ano. Anteriormente havia conversado sobre "tubos unidimensionais" para se referir à mesma idéia.

Mais tarde, em 1980, Carl Sagan estava escrevendo o romance de ficção científica "Contact", um livro do qual um filme foi feito mais tarde. O protagonista chamado Elly descobre a vida extraterrestre inteligente a 25 mil anos-luz de distância. Carl Sagan queria que Elly viajasse para lá, mas de uma maneira cientificamente credível.

Viajar 25 mil anos-luz de distância não é tarefa fácil para um humano, a menos que um atalho seja procurado. Um buraco negro não pode ser uma solução, pois ao aproximar-se da singularidade, a gravidade diferencial despedaçaria o navio e sua tripulação.

Em busca de outras possibilidades, Carl Sagan consultou um dos principais especialistas em buracos negros da época: Kip Thorne, que começou a pensar sobre o assunto e percebeu que as pontes ou buracos de Einstein-Rosen Wheeler foi a solução.

No entanto, Thorne também notou que a solução matemática era instável, isto é, o túnel se abre, mas em pouco tempo ele estrangula e desaparece.

A instabilidade dos wormholes

É possível usar buracos de minhoca para percorrer grandes distâncias no espaço e no tempo?

Desde que foram criados, os buracos de minhoca serviram em inúmeras tramas de ficção científica para levar seus protagonistas a lugares remotos e experimentar os paradoxos do tempo não-linear.

Kip Thorne encontrou duas soluções possíveis para o problema da instabilidade dos buracos de minhoca:

• Através da chamada espuma quântica . Na escala de Planck (10-35 m) existem flutuações quânticas capazes de conectar duas regiões do espaço-tempo através de microtunis. Uma civilização hipotética muito avançada poderia encontrar uma maneira de ampliar as passagens e mantê-las por tempo suficiente para que um humano passasse.
• Matéria de massa negativa. De acordo com os cálculos publicados em 1990 pelo próprio Thorne, seriam necessários enormes quantidades dessa matéria estranha para manter as extremidades do buraco de minhoca abertas.

O que é notável nessa última solução é que, diferentemente dos buracos negros, não há singularidade ou fenômenos quânticos, e a passagem de humanos por esse tipo de túnel seria viável.

Desta forma, buracos de minhoca não só permitiriam conectar regiões distantes no espaço, mas também separadas no tempo. Portanto, são máquinas para viajar no tempo.

Stephen Hawking, a grande referência da cosmologia do final do século XX, não acreditava em factos ou buracos de minhoca ou máquinas do tempo, devido aos muitos paradoxos e contradições que deles decorrem.

Isso não diminuiu os espíritos de outros pesquisadores, que sugeriram a possibilidade de dois buracos negros em diferentes áreas do espaço-tempo estarem conectados internamente por um buraco de minhoca.

Embora isso não seja prático para as viagens espaço - temporais, já que além das tribulações que trariam para entrar na singularidade do buraco negro, não haveria possibilidade de sair pelo outro extremo, pois é outro buraco negro.

Diferenças entre buracos negros e buracos de minhoca

Quando você fala sobre um buraco de minhoca, também pensa imediatamente em buracos negros.

Um buraco negro é formado naturalmente, após a evolução e morte de uma estrela que possui uma certa massa crítica.

Ela surge depois que a estrela esgota seu combustível nuclear e começa a se contrair irreversivelmente devido à sua própria força gravitacional. Ele continua implacável até causar tal colapso que nada menos que o raio do horizonte de eventos pode escapar, nem mesmo a luz.

Em comparação, um buraco de minhoca é uma ocorrência excepcional, uma conseqüência de uma hipotética anomalia na curvatura do espaço-tempo. Em teoria, é possível passar por eles.

No entanto, se alguém tentasse atravessar um buraco negro, a gravidade intensa e a radiação extrema nas proximidades da singularidade o transformariam em um fio fino de partículas subatômicas.

Há evidências indiretas e apenas muito recentemente evidências diretas da existência de buracos negros. Entre essas evidências estão a emissão e detecção de ondas gravitacionais pela atração e rotação de dois buracos negros colossais, detectados pelo observatório de ondas gravitacionais LIGO.

Há evidências de que no centro de grandes galáxias, como a Via Láctea, há um buraco negro supermassivo.

A rápida rotação das estrelas perto do centro, bem como a enorme quantidade de radiação de alta freqüência que emana dela, são evidências indiretas de que há um enorme buraco negro que explica a presença desses fenômenos.

Foi somente em 10 de abril de 2019 que a primeira fotografia de um buraco negro supermassivo (7000 milhões de vezes a massa do Sol) foi mostrada ao mundo, localizada em uma galáxia muito distante: Messier 87 na constelação de Virgem, para 55 milhões dos anos-luz da Terra.

Esta fotografia de um buraco negro foi possível graças à rede mundial de telescópios, chamada "Event Horizon Telescope", com a participação de mais de 200 cientistas de todo o mundo.

Dos buracos de minhoca, não há evidências até o momento. Os cientistas foram capazes de detectar e rastrear um buraco negro, no entanto, o mesmo não foi possível com buracos de minhoca.

Portanto, eles são objetos hipotéticos, embora teoricamente viáveis, como em um tempo eles também eram buracos negros.

Variedade / tipos de buracos de minhoca

Embora eles ainda não tenham sido detectados, ou talvez precisamente por causa disso, eles imaginaram possibilidades diferentes de buracos de minhoca. Todos são teoricamente viáveis, pois satisfazem as equações de Einstein para a relatividade geral. Aqui estão alguns:

• Buracos de minhoca que conectam duas regiões espaço-temporais do mesmo universo.
• Buracos de minhoca capazes de conectar um universo com outro universo.
• Pontes de Einstein-Rosen, nas quais a matéria poderia passar de uma abertura para outra. Embora este passo da matéria causasse uma instabilidade, fazendo com que o túnel colapsasse sobre si mesmo.
• O buraco de minhoca de Kip Thorne, com uma casca esférica de massa negativa. É estável e pode ser usado em ambos os sentidos.
• O chamado buraco de minhoca de Schwarzschild, formado por dois buracos negros estáticos conectados. Eles não são atravessáveis, pois a matéria e a luz estão presas entre as duas extremidades.
• Buracos de minhoca com carga e / ou rotação ou Kerr, consistindo em dois buracos negros dinâmicos internamente conectados, atravessáveis ​​em uma única direção.
• Espuma espaço-temporal quântica, cuja existência é teorizada em nível subatômico. A espuma é composta por túneis subatômicos altamente instáveis ​​que conectam diferentes áreas. Para estabilizá-los e expandi-los, seria necessária a criação de um plasma de quarks e glúons, o que exigiria uma quantidade quase infinita de energia para sua geração.
• Mais recentemente, graças à teoria das cordas, teorizou-se sobre buracos de minhoca suportados por cordas cósmicas.
• Buracos negros entrelaçados e depois separados, dos quais emerge um buraco espaço-temporal, ou ponte Einstein-Rosen que é mantida unida pela gravidade. É uma solução teórica proposta em setembro de 2013 pelos físicos Juan Maldacena e Leonard Susskind.

Todos são perfeitamente possíveis, uma vez que não são contraditórios com as equações de relatividade geral de Einstein.

É possível ver buracos de minhoca um dia?

Por muito tempo, buracos negros foram soluções teóricas para as equações de Einstein. O próprio Einstein questionou a possibilidade de que eles pudessem ser detectados pela humanidade.

Assim, por muito tempo, os buracos negros permaneceram uma previsão teórica, até que foram encontrados e localizados. Os cientistas nutrem a mesma esperança pelos buracos de minhoca.

É muito possível que eles também estejam lá, mas eles ainda não aprenderam a localizá-los. Embora de acordo com uma publicação muito recente, os buracos de minhoca deixariam rastros e sombras observáveis ​​até mesmo com telescópios.

Acredita-se que os fótons se movem ao redor do buraco de minhoca gerando um anel luminoso. Os fótons mais próximos caem dentro e deixam para trás uma sombra que os diferencia dos buracos negros.

De acordo com Rajibul Shaikh, um físico do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Mumbai, na Índia, um tipo de buraco de minhoca rotativo produziria uma sombra maior e deformada do que um buraco negro.

Em sua obra, Shaikh estudou as sombras teóricas projetadas por uma certa classe de buracos de minhoca rotativos, concentrando-se no papel crucial da garganta do buraco para a formação de uma sombra de fótons que a identifica e a diferencia de um buraco negro.

Shaikh também analisou a dependência da sombra com a rotação do buraco de minhoca e também a comparou com a sombra projetada por um buraco negro rotativo de Kerr, encontrando diferenças significativas. É um trabalho completamente teórico.

Além disso, por enquanto, os buracos de minhoca permanecem como abstrações matemáticas, mas é possível que muito em breve alguém possa vê-los. O que está no outro extremo, por enquanto, continua sendo o assunto da conjectura.