Buraco de minhoca

 Nota: Para a versão fictícia no universo de Star Trek, veja Dobra espacial (Star Trek).

Representação artística de um buraco de verme tipo Schwarzschild, visto por um observador cruzando o horizonte de eventos, o qual é semelhante a um buraco negro Schwarzschild mas com a singularidade substituída por um caminho instável para um buraco branco em outro universo. O observador vem da direita, e o outro universo torna-se visível no centro da sombra do buraco de verme logo que o horizonte é cruzado. Esta nova região, todavia, é inalcançável no caso de um buraco de verme Schwarzschild, visto que a ponte entre o buraco negro e o buraco branco sempre entrará em colapso antes que o observador tenha tempo de atravessá-la. Ver Buracos Brancos e Buracos de Vermes para uma discussão mais técnica e uma animação do que um observador veria ao cair num buraco de verme Schwarzschild.

Em física, um buraco de verme ou buraco de minhoca é uma característica topológica hipotética do continuum espaço-tempo, a qual é, em essência, um "atalho" através do espaço e do tempo. Um buraco de verme possui ao menos duas "bocas" conectadas a uma única "garganta" ou "tubo". Se o buraco de verme é transponível, a matéria pode "viajar" de uma boca para outra passando através da garganta. Embora não exista evidência direta da existência de buracos de verme, um contínuum espaço-temporal contendo tais entidades costuma ser considerado válido pela relatividade geral.

O termo buraco de verme (wormhole em inglês) foi criado pelo físico teórico estadunidense John Wheeler em 1957. Todavia, a ideia dos buracos de verme já havia sido proposta em 1921 pelo matemático alemão Hermann Weyl em conexão com sua análise da massa em termos da energia do campo eletromagnético.

Esta análise força a se considerar situações em que há um fluxo de rede de linhas de força através do que os topologistas poderiam chamar de alça ou espaço multiplamente conectado e que os físicos poderiam ser desculpados por denominar mais vividamente de 'buraco de verme'.

— John Wheeler em Annals of Physics

O nome "buraco de verme" vem de uma analogia usada para explicar o fenômeno. Da mesma forma que um verme que perambula pela casca de uma maçã poderia pegar um atalho para o lado oposto da casca da fruta abrindo caminho através do miolo, em vez de mover-se por toda a superfície até lá, um viajante que passasse por um buraco de verme pegaria um atalho para o lado oposto do universo através de um túnel topologicamente incomum.

Definição

A noção básica de um buraco de verme intra-universo é a de que é uma região compacta do continuum espaço-tempo cuja fronteira é topologicamente trivial mas cujo interior não está simplesmente conectado. Formalizar esta idéia leva a definições tais como a seguinte, extraída de Lorentzian Wormholes de Matt Visser:

“ Se um espaço-tempo lorentziano contém uma região compacta Ω, e se a topologia de Ω está na forma Ω ~ R x Σ, onde Σ é um conduto triplo de topologia incomum, cuja fronteira possui topologia na forma dΣ ~ S², e se ademais, as hipersuperfícies Σ são todas espaço-similares, então a região Ω contém um buraco de verme intra-universo quase permanente. ”

Caracterizar buracos de vermes entre universos é mais complicado. Por exemplo, alguém poderia imaginar um universo "bebê" conectado ao seu "progenitor" por um "cordão umbilical". O "cordão" poderia ser também encarado como a garganta do buraco de verme, mas o espaço-tempo está simplesmente conectado.

Tipos de buracos de verme

Buracos de verme intra-universos conectam um local em um universo a outro local do mesmo universo (no mesmo tempo presente ou não presente). Um buraco de verme deverá ser capaz de conectar locais distantes no universo criando um atalho através do espaço-tempo, permitindo viajar entre eles mais rápido do que a luz levaria para transitar pelo espaço normal (ver a imagem acima). Buracos de verme inter-universos conectam um universo a outro. Isto dá margem à especulação de que tais buracos de verme poderiam ser usados para viajar de um universo paralelo para outro. Um buraco de verme que conecta universos (geralmente fechados) é frequentemente denominado como wormhole de Schwarzschild. Outra aplicação de um buraco de verme poderia ser a viagem no tempo. Neste caso, é um atalho de um ponto no espaço-tempo para outro. Na teoria das cordas, o buraco de verme tem sido visto como uma conexão entre duas D-branas, onde as bocas estão ligadas às branas e são conectadas por um tubo de fluxo . Finalmente, acredita-se que buracos de verme sejam parte da [[espuma quânticacomo uma descrição mais geral de buracos de verme (transponíveis) e sistemas de propulsão como a métrica de Alcubierre e o tubo de Krasnikov para indicar viagens interestelares mais rápidas que a luz.

Base teórica

Sabe-se que buracos de verme (lorentzianos) não são excluídos do arcabouço da relatividade geral, mas a plausabilidade física destas soluções é incerta. Também não se sabe se uma teoria de gravitação quântica, que juntasse a relatividade geral com a mecânica quântica, ainda permitiria a existência deles. A maioria das soluções conhecidas da relatividade geral que permitiriam buracos de verme transponíveis exigem a existência de matéria exótica, uma substância teórica que possui densidade de energia negativa. Todavia, não foi matematicamente provado que isto é um requisito absoluto para buracos de verme transponíveis, nem foi estabelecido que a matéria exótica não possa existir.

Entrando num buraco de verme

Mesmo se alguém encontrasse um buraco de verme e viajasse através dele, os cientistas não têm certeza sobre como isso afetaria o indivíduo. Alguns acreditam que um buraco de verme não se manteria estável por tempo suficiente para permitir a travessia. E existem teorias que sugerem que mesmo que ele permaneça estável, o viajante seria alterado de formas indeterminadas e poderia experimentar danos ao coração ou cérebro, e possivelmente até a morte.

Buracos de verme de Schwarzschild

Diagrama integrado de um buraco de verme de Schwarzschild.

Buracos de verme lorentzianos, conhecidos como buracos de verme de Schwarzschild ou pontes de Einstein-Rosen são pontes entre áreas do espaço que podem ser modeladas como soluções de vácuo para as equações de campo de Einstein ao combinar os modelos de um buraco negro e um buraco branco. Esta solução foi descoberta por Albert Einstein e seu colega Nathan Rosen, os quais publicaram o resultado em 1935. Todavia, em 1962 John A. Wheeler e Robert W. Fuller publicaram um paper demonstrando que este tipo de buraco de verme é instável, e que ele colapsará instantaneamente tão logo se forme, impedindo que mesmo a luz consiga atravessá-lo.

Antes que os problemas de estabilidade dos buracos de verme de Schwarzschild se tornassem aparentes, foi proposto que quasares eram buracos brancos, constituindo o fim de buracos de verme deste tipo.

Embora buracos de verme de Schwarzschild não sejam transponíveis, sua existência inspirou Kip Thorne a imaginar buracos de verme transponíveis criados mantendo-se aberta a "garganta" de um buraco de verme de Schwarzschild com matéria exótica (matéria que possui massa/energia negativa).

Resumo

Físicos e teóricos acreditam exitirem buracos de minhoca criados naturalmente em todo o universo pela física da imensa força gravitacional de buracos negros, segundo a relatividade geral (e=mc2) que sgnifica; energia é igual a massa do objeto multiplicado pela velocidade da luz (300.000 km/s) ao quadrado, se o peso descomunal de um buraco negro pode criar a ponte de Eintein Rosen (buraco de minhoca) a energia também pode, muitos físicos acreditam ser impossivel reprodizir uma energia equivalente a um buraco negro, porém outros discordam citando como exemplo os aceleradores de particulas que produzem pequenos buracos negros, resultado das colisões de partículas que são aceleradas por imãs quase a velocidade da luz, a energia dessas colisões são tão intensas que produzem pequenos buracos negros, estes duram apenas uma fração de segundos e são microscópicos, mas é o suficiente para fazer físicos e teóricos acreditarem na possibilidade de criar um buraco de minhoca.

Ver também

• Buraco negro
• Buraco branco
• Estrela de nêutron
• Teoria das cordas
• Teoria da relatividade
• Viagem no tempo

Ligações externas

Em inglês

• (em inglês)-Criando um Buraco de Verme Transponível por Mohammad Mansouryar
• (em inglês)-O quê, exatamente, é um 'buraco de verme'? (resposta por Richard F. Holman, William A. Hiscock e Matt Visser)
• (em inglês)-Por quê buracos de verme? por Matt Visser.
• (em inglês)-Buracos de verme na Relatividade Geral por Soshichi Uchii.
• (em inglês)-Novos Buracos de Verme Aperfeiçoados por John G. Cramer
• (em inglês)-Buracos brancos e buracos de vermes, por Andrew J. S. Hamilton.
• (em inglês)-Perguntas e respostas sobre buracos de vermes
• (em inglês)-Buraco de verme em arxiv.org

Em português

• «Como construir uma máquina do tempo, por Paul Davies em Scientific American» 🔗 
• «Wormholes transitáveis no Espaço-Tempo» , em The Time Machine Project
• «Viagens interestelares, por Renato Las Casas e Divina Mourão» , em Observatório - UFMG
• «Esticando o tempo e voltando ao passado, por Roberto Belisário» , em Com Ciência
• «Do outro lado do espelho, por Lara da Rocha Vaz Pato» (PDF) , em Universidade de Lisboa
• «Túneis no Espaço-Tempo e Viagens Interestelares Hiper-rápidas»