A teoria das cordas e a termodinâmica de um buraco negro

Video: Documentário universo O Enigma dos Buracos Negros #13

Quando Stephen Hawking descreveu a radiação de Hawking emitida por um buraco negro, ele teve que usar sua intuição física e matemática, porque a física quântica e da relatividade geral não estão reconciliados. Um dos maiores sucessos da teoria das cordas é em oferecer uma descrição completa de (alguns) buracos negros.

Hawking radiação ocorre quando a radiação é emitida a partir de um buraco negro, fazendo-a perder massa. Eventualmente, o buraco negro evapora em nada (ou quase nada).

argumento incompleto de Stephen Hawking

O trabalho de Hawking sobre a forma como um buraco negro irradia calor (também chamados de termodinâmica) começa uma linha de raciocínio que não funciona muito bem todo o caminho até o fim. No meio da prova há uma desconexão, porque nenhuma teoria da gravidade quântica existe, que permitiria a primeira metade do seu raciocínio (baseado em relatividade geral) para se conectar com a segunda metade de seu raciocínio (baseado em mecânica quântica).

Video: BURACOS NEGROS - TEORIA SIMPLIFICADA

A razão para a desconexão é que a realização de uma análise termodinâmica detalhada de um buraco negro envolve examinando todos os possíveis estados quânticos do buraco negro. Mas os buracos negros são descritos com a relatividade geral, que os trata como suave - não quântico - objetos. Sem uma teoria quântica da gravidade, não parece haver nenhuma maneira de analisar a natureza termodinâmica específica de um buraco negro.

No papel de Hawking, esta ligação foi feita por meio de sua intuição, mas não no sentido de que a maioria de nós provavelmente pensar de intuição. O salto intuitivo ele tomou foi em propor fórmulas matemáticas precisas, chamado factores, greybody mesmo que ele não poderia absolutamente provar de onde vieram.

A maioria dos físicos concorda que a interpretação de Hawking faz sentido, mas uma teoria da gravidade quântica iria mostrar se um processo mais preciso poderia tomar o lugar de seu passo intuitiva.

A teoria das cordas pode completar o argumento

Trabalho por Andrew Strominger e Cumrun Vafa sobre a termodinâmica dos buracos negros é visto por muitos teóricos das cordas como a evidência mais poderosa em apoio da teoria das cordas. Ao estudar um problema que é matematicamente equivalente a buracos negros - um duplo problema - eles calcularam exatamente propriedades termodinâmicas do buraco negro de uma forma que combinava com a análise de Hawking.

Às vezes, em vez de simplificar um problema diretamente, você pode criar um duplo problema, que é essencialmente idêntico ao que você está tentando resolver, mas é muito mais simples de manusear. Strominger e Vafa utilizado esta tática, em 1996, para calcular a entropia de um buraco negro.

No caso deles, eles descobriram que o problema dual de um buraco negro descrito um conjunto de 1-branas e 5-branas. Estes “construções brana” são objetos que podem ser definidas em termos de mecânica quântica. Eles descobriram que os resultados encontrados precisamente com o resultado Hawking antecipado 20 anos antes.

Agora, antes de você ficar muito animado, o Strominger e Vafa resulta único trabalho para certos tipos muito específicos de buracos negros, chamados buraco negro extremo. Estes buracos negros extremos têm a quantidade máxima de carga elétrica ou magnética que é permitido sem fazer o buraco negro instável. Um buraco negro extremo tem a propriedade ímpar de possuir entropia mas nenhum calor ou temperatura. (A entropia é uma medida da desordem, muitas vezes relacionados com a energia de calor, dentro de um sistema físico.)

Ao mesmo tempo Strominger e Vafa estavam realizando seus cálculos, estudante Princeton Juan Maldacena foi enfrentar o mesmo problema (junto com orientador de tese Curt Callan). Dentro de algumas semanas de Strominger e Vafa, que tinha confirmado os resultados e estendeu a análise de buracos negros que são quase extremal. Mais uma vez, a relação mantém-se muito bem entre essas construções brana e buracos negros, e analisando as construções brana produz os resultados Hawking previsto para buracos negros. Mais trabalho expandiu este trabalho ainda mais generalizada casos de buracos negros.

Para obter esta análise ao trabalho, a gravidade tem que ser virado para baixo a zero, o que certamente parece estranho no caso de um buraco negro que é, literalmente, definido por gravidade. Desligando a gravidade é necessária para simplificar as equações e obter a relação. Os teóricos das cordas conjecturar que pela elevação da gravidade novamente, você iria acabar com um buraco negro, mas os céticos teoria das cordas salientar que sem a gravidade que você realmente não tem um buraco negro.

Ainda assim, mesmo um cético não pode ajudar, mas acho que deve haver algum tipo de relação entre as construções brana e os buracos negros porque ambos seguem a análise termodinâmica Hawking criado 20 anos antes. O que é ainda mais surpreendente é que a teoria das cordas não foi projetado para resolver este problema específico, mas ele fez. O fato de que o resultado cai fora da análise é impressionante, para dizer o mínimo.