Universo curvo mina Teoria da Relatividade

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O horizonte de eventos dos buracos negros tem sido alvo de intensos debates entre os físicos.[Imagem: NASA]

Singularidade gravitacional

Físicos demonstraram que as singularidades - que se acredita só serem encontradas no centro dos buracos negros e fora do alcance de qualquer técnica observacional - podem existir em espaços tridimensionais altamente curvos.

Esta é a primeira vez que uma singularidade nua - ou singularidade exposta - foi prevista em um espaço tridimensional.

Isto é importante porque uma singularidade nua interfere com a Teoria Geral da Relatividade de Einstein, detonando inteiramente com as leis da física que conhecemos - uma singularidade gravitacional é um ponto do espaço-tempo no qual a massa (associada com a densidade) e a curvatura do espaço-tempo (associada com o campo gravitacional) de um corpo são infinitas.

Singularidades nuas

A Teoria Geral da Relatividade de Einstein nos diz que a matéria deforma o espaço-tempo ao seu redor, e o que chamamos de gravidade é o efeito dessa deformação. Nos 100 anos desde a sua publicação, a Relatividade Geral passou por todos os testes às quais foi submetida, mas a existência de singularidades é considerada uma de suas principais limitações.

Imagem do espaço (1 + 1)-dimensional anti-de Sitter embutido em um espaço plano (1 + 2)-dimensional. [Imagem: Wikipedia]

A Relatividade Geral prevê que as singularidades existem no centro dos buracos negros e que estão cercadas por um horizonte de eventos - o "ponto sem volta", onde a força gravitacional se torna tão forte que a fuga é impossível, o que significa que elas não podem ser observadas a partir do lado de fora.

Essa impossibilidade de observação é conhecida como "conjectura da censura cósmica". Se for mesmo verdadeira, a censura cósmica significa que, fora dos buracos negros, as singularidades não teriam qualquer efeito mensurável, e as previsões da Relatividade Geral permaneceriam válidas.

Mais recentemente, os físicos vêm usando simulações computacionais para prever a existência de singularidades nuas, ou expostas, ou seja, singularidades que existem fora de um horizonte de eventos. Elas invalidariam a conjectura da censura cósmica e, por extensão, a capacidade da Relatividade Geral de explicar o universo como uma teoria autônoma. No entanto, todas essas previsões até agora vinham sendo modeladas em universos que existem em muitas dimensões - cinco ou mais.

As teorias dos multi-universos e do holograma cósmico usam os espaços anti-de Sitter em suas simulações - algumas delas já concluíram pelo surgimento do Universo sem um Big Bang. [Imagem: Univ.Florida]

Novas teorias sobre o Universo

Toby Crisford e Jorge Santos, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, previram agora pela primeira vez a existência de uma singularidade nua em um universo de quatro dimensões - três dimensões espaciais, mais o tempo.

Os cálculos mostram que uma singularidade nua pode se formar em um tipo especial de espaço curvo conhecido como "espaço anti-de Sitter", no qual o universo tem a forma de uma sela de montaria. De acordo com a Relatividade Geral, os universos podem ter várias formas, e o espaço anti-de Sitter é uma dessas formas possíveis - os físicos acreditam que o nosso Universo é plano.

Embora os resultados não sejam diretamente aplicáveis ao nosso Universo, já que "forçar" uma singularidade não é um procedimento que se possa simular em um espaço plano, eles abrem novas oportunidades para estudar outras teorias para entender o universo. Uma dessas teorias poderia envolver a gravidade quântica, que fornece novas equações próximas de uma singularidade.

"A singularidade nua que vimos provavelmente iria desaparecer se incluíssemos partículas carregadas em nossa simulação - isso é algo que estamos investigando atualmente," disse Jorge Santos. "Se verdadeira, ela poderá implicar em uma conexão entre a conjectura da censura cósmica e a conjectura da gravidade fraca, que diz que qualquer teoria consistente da gravidade quântica deve conter partículas suficientemente carregadas. Em um espaço anti-de Sitter, a conjectura da censura cósmica poderia ser salva pela conjectura da gravidade fraca."

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Bibliografia:

Violating the Weak Cosmic Censorship Conjecture in Four-Dimensional Anti-de Sitter Space
Toby Crisford, Jorge E. Santos
Physical Review Letters
Vol.: 118, 181101
DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.181101