Imagine-se viajando para regiões longínquas do Universo, ou mesmo viajando para um futuro distante, através de buracos de minhoca. Para escritores de ficção científica, os buracos de minhoca são um prato cheio para aventuras grandiosas pelo espaço-tempo. O astrofísico, cosmólogo e escritor Carl Sagan utilizou buracos de minhoca, para viagens cósmicas, em seu romance "Contato". Mais recentemente, o filme de ficção científica "Interestelar" (de Christoffer Nolan) mostrou viagens intergaláticas através de um buraco de minhoca.
Teoricamente, os buracos de minhoca surgiram, de forma primitiva, em 1916 com o trabalho do físico alemão Ludwig Flamm. Este observou, ao analisar a solução exata de Schwarzschild, que as equações do campo gravitacional de Einstein possibilitavam uma solução que apresentava comportamento físico de forma contrária a um buraco negro. A solução encontrada por Flamm era um buraco branco, como veio a se chamar, pois ejetava luz e matéria de seu horizonte de eventos. Apesar de previstos teoricamente, os buracos brancos ainda não tem existência comprovada, ao contrário de buracos negros, que não têm nenhuma dúvida sobre suas existências. De fato, Flamm observou que as duas soluções matemáticas (para buraco negro e buraco branco) eram conectadas por uma "ponte". Na terminologia moderna, as investigações teóricas de Flamm não podem ser consideradas como buracos de minhoca, no entanto, foi um primeiro passo para o conceito de atalhos espaço-temporais. O termo "buraco de minhoca", assim como "buraco negro", foi cunhado pelo físico americano John Wheeler em 1957, num artigo em parceria com Charles Misner.
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O que são buracos de minhoca?
Buracos de minhoca são hipotéticos túneis no tecido do espaço-tempo, previstos pela teoria da Relatividade Geral de Einstein. Podem ser considerados atalhos cósmicos para regiões remotas do Universo. Há vários tipos de buracos de minhoca descritos na literatura científica, entre eles há as pontes de Einstein-Rosen, que foram tratadas teoricamente em 1935 pelo físico alemão Albert Einstein e pelo seu colaborador Nathan Rosen no Instituto de Estudos Avançados de Princeton. Tecnicamente, as pontes de Einstein-Rosen conectam duas regiões diferentes do espaço-tempo, tal como uma ponte ligando duas regiões distantes de uma cidade. De fato, Einstein e Rosen consideraram duas folhas assintoticamente planas conectadas por um túnel no espaço-tempo. Apesar do fato que o objetivo de Einstein e Rosen era estabelecer uma descrição para partícula elementar livre de singularidades, o trabalho deles é um pontapé inicial no estabelecimento do conceito de buracos de minhoca. Na verdade, as pontes de Einstein-Rosen podem ser consideradas como pré-buracos de minhoca, na acepção moderna do termo. Vale mencionar que o matemático Herman Weyl em 1924 tratou de objetos similares a buracos de minhoca num contexto envolvendo topologia e eletromagnetismo.
Trabalhos posteriores, elaborados por John Wheeler e Robert Fuller, mostraram que as pontes de Einstein-Rosen são estruturas extremamente instáveis. Mesmo para um fóton, a travessia seria impossível, uma vez que os buracos de minhoca se fechariam quase instantaneamente. Para estabilizar os buracos de minhoca, conforme o trabalho teórico de Kip Thorne, Michael Morris e Ulvi Yurtsever [vide artigo], é necessário o uso de matéria exótica, tal como matéria que apresente densidade de energia negativa, de modo que a antigravidade atue contra o campo gravitacional intenso na garganta do buraco de minhoca, para que este seja transponível ou atravessável. Nesse artigo, cujo título é Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition, Thorne e colaboradores argumentaram que uma civilização avançada com conhecimento tecnológico, além da capacidade atual da humanidade, pode criar e manter buracos de minhoca para realizar viagens interestelares. Além disso, Thorn et al discutiram a possibilidade de buracos de minhoca serem transformados em máquinas do tempo, dando alento ao sonho do escritor de ficção científica H. G. Wells.
Para alguns físicos, entre eles, o físico neozelandês Matt Visser, os buracos de minhoca, classificados como inter-universos, podem conectar dois universos diferentes, enquanto os buracos de minhoca intra-universos conectam duas regiões diferentes no mesmo Universo. Quando os buracos de minhoca são formados por um buraco negro e um buraco branco, eles são denominados buracos de minhoca lorentzianos, ou de Schwardzchild. Ainda: Visser, no seu livro Lorentzian Wormholes, pontua muito bem a diferença entre buracos de minhoca lorentzianos transponíveis (macroscópicos) e buracos de minhoca lorentzianos quânticos (microscópicos). Adicionalmente, aborda em menor grau os buracos de minhoca euclidianos (instantons gravitacionais).
Para alguns físicos, entre eles, o físico neozelandês Matt Visser, os buracos de minhoca, classificados como inter-universos, podem conectar dois universos diferentes, enquanto os buracos de minhoca intra-universos conectam duas regiões diferentes no mesmo Universo. Quando os buracos de minhoca são formados por um buraco negro e um buraco branco, eles são denominados buracos de minhoca lorentzianos, ou de Schwardzchild. Ainda: Visser, no seu livro Lorentzian Wormholes, pontua muito bem a diferença entre buracos de minhoca lorentzianos transponíveis (macroscópicos) e buracos de minhoca lorentzianos quânticos (microscópicos). Adicionalmente, aborda em menor grau os buracos de minhoca euclidianos (instantons gravitacionais).
Viagens no Tempo
As viagens no tempo, dentro da Relatividade Geral, começaram matemática e teoricamente com W. J. van Stockum em 1937. Em seguida, em 1949 o matemático Kurt Gödel tratou viagens no tempo num universo em rotação. Será que viagens para o passado ou para o futuro são, de fato, possíveis? Na ficção científica, viagens no tempo são comuns.
Nos anos 1980, estimulado por um desafio de Carl Sagan, Kip Thorne considerou viagens no espaço-tempo através de um buraco de minhoca. De fato, Kip foi indagado por Sagan sobre essa possibilidade, porque Sagan queria utilizar a viagem no espaço-tempo através de um buraco de minhoca em seu aclamado romance "Contato", que foi transposto para o cinema, tendo Jodie Foster como atriz principal. Foster faz o papel da radio-astrônoma Ellie Arroway, que trabalha num projeto de procura por inteligências extraterrestres. Com a decodificação de sinais extraterrestres vindo da direção da estrela Vega, constrói-se uma máquina, que é capaz de cruzar o espaço-tempo através de um "túnel cósmico". Vale a pena assistir "Contato" e se deliciar com a possibilidade de viagem intergalática! Com certeza, a partir do desafio de Sagan, Thorne ressuscitou o interesse da comunidade científica em relação aos buracos de minhoca, que foram tratados mais seriamente desde então.
As viagens no tempo são sustentadas pela Relatividade Geral a partir de curvas fechadas do tipo-tempo. Por isso, muitos físicos consideram que buracos de minhoca transponíveis podem ser utilizados para viagem através do tempo e do espaço. Para um buraco de minhoca tornar-se transponível, condições de energia devem ser contornadas, uma vez que um buraco de minhoca evapora em um tempo curtíssimo. As condições de energia requerem matéria exótica, como já citado, para manter os buracos de minhoca estáveis, possibilitando assim o translado de um viajante. Sabe-se que alguns sistemas físicos podem burlar as condições de energia, tal como um campo escalar acoplado à gravidade. Para uma viagem amena, as forças de maré gravitacional na garganta devem ser fracas, de modo que o viajante não seja estraçalhado. Além disso, energia negativa em nível macroscópico é necessária, mas existe dúvida a esse respeito. Mas, energia negativa em nível microscópico não é impossível. Por exemplo, densidade de energia negativa pode ser obtida via efeito Casimir. No entanto, ainda assim, há fortes dúvidas quanto à possibilidade de manter buracos de minhoca transponíveis macroscópicos com matéria exótica.
Blue Phoenix
Alguns físicos, como Michio Kaku, acreditam - suportados por teorias - que buracos de minhoca sejam formados realmente por um buraco negro e um buraco branco. Nesta concepção, o buraco negro serve como uma porta de entrada e o buraco branco como porta de saída. Além disso, para Kaku, esses buracos de minhoca poderiam atuar como máquinas do tempo, levando seres humanos para o futuro distante, até para o passado, mas viagens para o passado quebram a causalidade e geram inúmeros paradoxos. Por isso, Stephen Hawking criou a Conjectura da Proteção Cronológica que descarta viagens para o passado. Uma possibilidade também de viagens através de buracos de minhoca é que os viajantes poderiam chegar em universos paralelos ou acessar dimensões extras. Atualmente, tudo isso não passa de hipóteses, mas algum dia máquinas do tempo viajando através de buracos de minhoca podem se tornar realidade. Enquanto os buracos de minhoca não forem descartados experimental e matematicamente, eles povoarão ainda por muito tempo a mente de grandes físicos.
Nosso Universo vive dentro de um Buraco de Minhoca
Há estudos teóricos que apontam que nosso Universo vive no interior de um buraco de minhoca. Conforme o estudo, tal buraco de minhoca foi criado, noutro universo, a partir do colapso de uma estrela gigante. No interior deste buraco de minhoca, nosso Universo surgiu no Big Bang e atualmente está em expansão acelerada.
Neste cenário, Energia Escura não é necessária para explicar a expansão acelerada, uma vez que o nosso Universo está acelerando no sentido da saída do buraco de minhoca. Apesar deste cenário ser teoricamente possível, várias perguntas surgem a respeito da criação do buraco de minhoca e de sua instabilidade. Será que esse buraco de minhoca utiliza qual tipo de matéria exótica para se manter estável? [Saiba mais aqui]
Considerações Finais
Apesar dos buracos de minhoca não terem ainda confirmação experimental, esses hipotéticos atalhos cósmicos são uma fonte de teste para a relatividade geral, a saber: é importante fonte de estudos de singularidades e condições de energia.
Além da Relatividade Geral, os buracos de minhoca são previstos por teorias alternativas para a gravidade, como: Teoria de Brans-Dicke, Gravidade com Dilaton, Gravidade com Torção, etc. Para os físicos russos, Novikov, Kardashev e Shatskiy, objetos astrofísicos, como núcleos galáticos ativos e quasares, podem ser portas de saída dos buracos de minhoca. Acredita-se que buracos de minhoca primordiais foram objetos cósmicos importantes no início do Universo, sendo que diferentes regiões do Universo estiveram em contato térmico conectados via buracos de minhoca, resolvendo assim o conhecido Problema do Horizonte [vide o artigo]. Buracos de minhoca primordiais da ordem do tamanho do comprimento de Planck podem ter se tornado macroscópicos na era inflacionária, quando o Universo passou por uma rápida expansão nos instantes iniciais de sua criação. Na teoria do Multiverso, buracos de minhoca fazem um papel essencial, uma vez que eles conectariam diferentes universos. Muitas respostas acerca desses "portais cósmicos" surgirão quando a gravidade quântica estiver bem entendida e confirmada experimentalmente.
Referências
[1] Wormholes, Warp Drives, and Energy Conditions.
[2] Black Holes, Wormholes, and Time Machines.
[3] The Birth of Wormholes.
[4] Wormholes, Time Travel, and Faster-Than-Speed-of-Light Theories.
[5] What is a Wormhole?
[6] Buraco Negro, Buraco Branco e Buraco de Minhoca.
As viagens no tempo, dentro da Relatividade Geral, começaram matemática e teoricamente com W. J. van Stockum em 1937. Em seguida, em 1949 o matemático Kurt Gödel tratou viagens no tempo num universo em rotação. Será que viagens para o passado ou para o futuro são, de fato, possíveis? Na ficção científica, viagens no tempo são comuns.
Nos anos 1980, estimulado por um desafio de Carl Sagan, Kip Thorne considerou viagens no espaço-tempo através de um buraco de minhoca. De fato, Kip foi indagado por Sagan sobre essa possibilidade, porque Sagan queria utilizar a viagem no espaço-tempo através de um buraco de minhoca em seu aclamado romance "Contato", que foi transposto para o cinema, tendo Jodie Foster como atriz principal. Foster faz o papel da radio-astrônoma Ellie Arroway, que trabalha num projeto de procura por inteligências extraterrestres. Com a decodificação de sinais extraterrestres vindo da direção da estrela Vega, constrói-se uma máquina, que é capaz de cruzar o espaço-tempo através de um "túnel cósmico". Vale a pena assistir "Contato" e se deliciar com a possibilidade de viagem intergalática! Com certeza, a partir do desafio de Sagan, Thorne ressuscitou o interesse da comunidade científica em relação aos buracos de minhoca, que foram tratados mais seriamente desde então.
As viagens no tempo são sustentadas pela Relatividade Geral a partir de curvas fechadas do tipo-tempo. Por isso, muitos físicos consideram que buracos de minhoca transponíveis podem ser utilizados para viagem através do tempo e do espaço. Para um buraco de minhoca tornar-se transponível, condições de energia devem ser contornadas, uma vez que um buraco de minhoca evapora em um tempo curtíssimo. As condições de energia requerem matéria exótica, como já citado, para manter os buracos de minhoca estáveis, possibilitando assim o translado de um viajante. Sabe-se que alguns sistemas físicos podem burlar as condições de energia, tal como um campo escalar acoplado à gravidade. Para uma viagem amena, as forças de maré gravitacional na garganta devem ser fracas, de modo que o viajante não seja estraçalhado. Além disso, energia negativa em nível macroscópico é necessária, mas existe dúvida a esse respeito. Mas, energia negativa em nível microscópico não é impossível. Por exemplo, densidade de energia negativa pode ser obtida via efeito Casimir. No entanto, ainda assim, há fortes dúvidas quanto à possibilidade de manter buracos de minhoca transponíveis macroscópicos com matéria exótica.
Alguns físicos, como Michio Kaku, acreditam - suportados por teorias - que buracos de minhoca sejam formados realmente por um buraco negro e um buraco branco. Nesta concepção, o buraco negro serve como uma porta de entrada e o buraco branco como porta de saída. Além disso, para Kaku, esses buracos de minhoca poderiam atuar como máquinas do tempo, levando seres humanos para o futuro distante, até para o passado, mas viagens para o passado quebram a causalidade e geram inúmeros paradoxos. Por isso, Stephen Hawking criou a Conjectura da Proteção Cronológica que descarta viagens para o passado. Uma possibilidade também de viagens através de buracos de minhoca é que os viajantes poderiam chegar em universos paralelos ou acessar dimensões extras. Atualmente, tudo isso não passa de hipóteses, mas algum dia máquinas do tempo viajando através de buracos de minhoca podem se tornar realidade. Enquanto os buracos de minhoca não forem descartados experimental e matematicamente, eles povoarão ainda por muito tempo a mente de grandes físicos.
Nosso Universo vive dentro de um Buraco de Minhoca
Há estudos teóricos que apontam que nosso Universo vive no interior de um buraco de minhoca. Conforme o estudo, tal buraco de minhoca foi criado, noutro universo, a partir do colapso de uma estrela gigante. No interior deste buraco de minhoca, nosso Universo surgiu no Big Bang e atualmente está em expansão acelerada.
Neste cenário, Energia Escura não é necessária para explicar a expansão acelerada, uma vez que o nosso Universo está acelerando no sentido da saída do buraco de minhoca. Apesar deste cenário ser teoricamente possível, várias perguntas surgem a respeito da criação do buraco de minhoca e de sua instabilidade. Será que esse buraco de minhoca utiliza qual tipo de matéria exótica para se manter estável? [Saiba mais aqui]
Considerações Finais
Apesar dos buracos de minhoca não terem ainda confirmação experimental, esses hipotéticos atalhos cósmicos são uma fonte de teste para a relatividade geral, a saber: é importante fonte de estudos de singularidades e condições de energia.
Além da Relatividade Geral, os buracos de minhoca são previstos por teorias alternativas para a gravidade, como: Teoria de Brans-Dicke, Gravidade com Dilaton, Gravidade com Torção, etc. Para os físicos russos, Novikov, Kardashev e Shatskiy, objetos astrofísicos, como núcleos galáticos ativos e quasares, podem ser portas de saída dos buracos de minhoca. Acredita-se que buracos de minhoca primordiais foram objetos cósmicos importantes no início do Universo, sendo que diferentes regiões do Universo estiveram em contato térmico conectados via buracos de minhoca, resolvendo assim o conhecido Problema do Horizonte [vide o artigo]. Buracos de minhoca primordiais da ordem do tamanho do comprimento de Planck podem ter se tornado macroscópicos na era inflacionária, quando o Universo passou por uma rápida expansão nos instantes iniciais de sua criação. Na teoria do Multiverso, buracos de minhoca fazem um papel essencial, uma vez que eles conectariam diferentes universos. Muitas respostas acerca desses "portais cósmicos" surgirão quando a gravidade quântica estiver bem entendida e confirmada experimentalmente.
Referências
[1] Wormholes, Warp Drives, and Energy Conditions.
[2] Black Holes, Wormholes, and Time Machines.
[3] The Birth of Wormholes.
[4] Wormholes, Time Travel, and Faster-Than-Speed-of-Light Theories.
[5] What is a Wormhole?
[6] Buraco Negro, Buraco Branco e Buraco de Minhoca.
