Buracos de minhoca

A buraco de minhoca é um túnel hipotético através do espaço-tempo que liga duas regiões distantes, oferecendo um atalho que poderia, em princípio, ser muito mais curto do que o caminho normal através do espaço. A ideia segue diretamente da ideia de Einstein relatividade geral, que trata o espaço e o tempo como uma geometria flexível em que a matéria e a energia podem dobrar, esticar e possivelmente conectar-se de maneiras incomuns.

Da ponte Einstein-Rosen aos túneis no espaço-tempo

Em 1935, Einstein e Nathan Rosen descobriram que a matemática que descreve um buraco negro pode ser estendida para uma "ponte" ligando duas camadas de espaço-tempo - a primeira solução de buraco de minhoca, agora chamada de Ponte Einstein-Rosen. O problema é que esta ponte não é atravessável: ela se fecha tão rapidamente que nem mesmo a luz consegue atravessá-la antes de se fechar, e qualquer coisa que tentasse passar seria esmagada pela singularidade. É uma conexão matemática, não uma passagem utilizável.

Buracos de minhoca atravessáveis ​​e o problema da matéria exótica

Em 1988, Kip Thorne e Michael Morris perguntaram o que seria necessário para construir um buraco de minhoca que um viajante pudesse realmente atravessar. A resposta deles revelou o obstáculo central. Para manter a garganta de um buraco de minhoca aberta contra a tendência natural da gravidade de colapsá-lo, você precisa de uma região rosqueada com densidade de energia negativa - a chamada matéria exótica que repele gravitacionalmente em vez de atrair. Matéria comum, energia e luz têm densidade de energia positiva, então um buraco de minhoca atravessável exige algo que nenhum laboratório jamais engarrafou a granel.

A física quântica permite energia negativa passageira em pequenas quantidades. O vácuo quântico pode cair abaixo da densidade de energia zero no Efeito Casimiro, onde duas placas metálicas próximas excluem algumas flutuações de vácuo e criam uma pequena região de energia negativa entre elas. É por isso que as discussões sobre buracos de minhoca realistas invocam frequentemente o efeito Casimir, mas as quantidades envolvidas são minúsculas em comparação com o que seria necessário para manter uma garganta macroscópica aberta.

Por que os buracos de minhoca podem ser proibidos

Mesmo no papel, os buracos de minhoca enfrentam problemas profundos. Como podiam ligar pontos distantes quase instantaneamente, um buraco de minhoca percorrível poderia, em princípio, ser transformado numa máquina do tempo, levantando paradoxos de causalidade. Stephen Hawking conjectura de proteção cronológica propõe que as leis da física conspiram para evitar exatamente isso, talvez através de efeitos quânticos descontrolados que destroem qualquer buraco de minhoca antes que ele possa ser usado para viajar ao passado. Se a natureza realmente permite buracos de minhoca percorríveis ou os proíbe, isso não está resolvido.

Um equívoco comum

Buracos de minhoca não são buracos onde você cai em como um buraco negro. Um verdadeiro buraco de minhoca atravessável seria uma estrutura de duas bocas pela qual você passa através de, emergindo em outro lugar – mais como um túnel do que como um ralo. E apesar de sua popularidade na ficção científica, nenhum buraco de minhoca jamais foi observado; permanecem soluções para as equações da relatividade geral cuja existência física é inteiramente especulativa.

Por que a condição energética é o ponto de discórdia

O obstáculo para um verdadeiro buraco de minhoca pode ser declarado com precisão. Na relatividade geral, a matéria comum obedece a “condições de energia” – grosso modo, aquela densidade de energia medida por qualquer observador não é negativa. Manter a garganta de um buraco de minhoca aberta requer violar estas condições: a garganta deve ser permeada por matéria cuja densidade de energia pareça negativa para um feixe de luz que passa, desfocando-a para que o túnel não se feche. Os efeitos quânticos podem produzir densidades de energia negativas pequenas e breves (o efeito Casimir é o caso clássico), mas são fortemente restringidos por “desigualdades quânticas” que limitam a quantidade de energia negativa que pode ser concentrada e por quanto tempo. As estimativas para um buraco de minhoca de tamanho humano exigem uma energia negativa total comparável em magnitude à energia de massa de um planeta ou estrela, concentrada numa casca fina – muito além de qualquer coisa que os efeitos quânticos possam permitir. Esse abismo, e não uma falha na geometria, é o motivo pelo qual os buracos de minhoca percorríveis permanecem especulativos.