Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Isabel Vaz Belchior

Scientists work on the boundaries of the unknown,

Os cientistas trabalham nas fronteiras do desconhecido

where every new piece of knowledge forms a path into a void of uncertainty.

onde cada novo conhecimento abre caminho num vazio de incerteza.

And nothing is more uncertain–

Não há nada mais incerto — ou potencialmente esclarecedor —

or potentially enlightening– than a paradox.

do que um paradoxo.

Throughout history,

Ao longo de toda a história,

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

os paradoxos têm desafiado a certeza do nosso conhecimento.

and just as often, they’ve reshaped our understanding of the world.

Frequentemente, reformulam a nossa perceção do mundo.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

Hoje, um dos maiores paradoxos do universo

threatens to unravel the fields of general relativity and quantum mechanics:

ameaça decifrar os campos da relatividade geral

e da mecânica quântica:

the black hole information paradox.

o Paradoxo da Informação em Buracos Negros.

To understand this paradox,

Para perceber este paradoxo,

we first need to define what we mean by "information."

precisamos de definir primeiro o que entendemos por "informação".

Typically, the information we talk about is visible to the naked eye.

Habitualmente, a informação de que falamos é visível a olho nu.

For example,

Por exemplo, este tipo de informação

this kind of information tells us that an apple is red, round, and shiny.

revelam que uma maçã é vermelha, redonda e lustrosa.

But physicists are more concerned with quantum information.

Mas os físicos estão mais preocupados com a informação quântica,

This refers to the quantum properties of all the particles that make up that apple,

ou seja, as propriedades quânticas

de todas as partículas que constituem a maçã,

such as their position, velocity and spin.

tais como a sua posição, velocidade e rotação.

Every object in the universe is composed

Todos os objetos no universo são formados por partículas

of particles with unique quantum properties.

com propriedades quânticas.

This idea is evoked most significantly in a vital law of physics:

Este conceito está expresso numa lei fundamental da Física:

the total amount of quantum information in the Universe must be conserved.

"A quantidade total da informação quântica no universo tem de ser conservada".

Even if you destroy an object beyond recognition,

Mesmo que destruamos um objeto até ele ficar irreconhecível,

its quantum information is never permanently deleted.

a sua informação quântica nunca desaparece de forma permanente.

And theoretically, knowledge of that information

Teoricamente, o conhecimento dessa informação

would allow us to recreate the object from its particle components.

permite-nos recriar o objeto a partir das partículas que o compõem.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

A conservação da informação não é uma regra arbitrária,

but a mathematical necessity, upon which much of modern science is built.

mas uma necessidade matemática,

sobre a qual está construída grande parte da ciência moderna.

But around black holes, those foundations get shaken.

Mas, em volta dos buracos negros, esses fundamentos ficam baralhados.

When an apple enters a black hole,

Quando uma maçã entra num buraco negro,

it seems as though it leaves the universe,

parece que desaparece do universo,

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

e toda a sua informação quântica perde-se irrecuperavelmente.

However, this doesn’t immediately break the laws of physics.

Contudo, esse fenómeno não viola as leis da Física.

The information is out of sight,

A informação desaparece da vista,

but it might still exist within the black hole’s mysterious void.

mas pode continuar a existir no vazio misterioso do buraco negro.

Alternatively, some theories suggest

Em alternativa, há teorias que sugerem

that information doesn’t even make it inside the black hole at all.

que a informação nem sequer entra no buraco negro.

Seen from outside, it’s as if the apple’s quantum information

Visto do exterior, é como se a informação quântica da maçã

is encoded on the surface layer of the black hole, called the event horizon.

ficasse codificada na camada superficial do buraco negro,

chamada o "horizonte de eventos".

As the black hole’s mass increases,

À medida que a massa do buraco negro aumenta,

the surface of the event horizon increases as well.

a superfície do horizonte de eventos também aumenta.

So it’s possible that as a black hole swallows an object,

Assim, é possível que, quando um buraco negro engole um objeto,

it also grows large enough to conserve the object’s quantum information.

também cresça o suficiente para conservar a informação quântica do objeto.

But whether information is conserved inside the black hole or on its surface,

Mas quer a informação se conserve dentro do buraco negro

ou na sua superfície,

the laws of physics remain intact–

as leis da Física mantêm-se intactas

until you account for Hawking Radiation.

— até aparecerem as Radiações de Hawking.

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

Descoberto por Stephen Hawking, em 1974,

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

este fenómeno mostra

que os buracos negros vão-se evaporando gradualmente.

Over incredibly long periods of time

Ao longo de períodos de tempo incrivelmente longos,

black holes lose mass as they shed particles away from their event horizons.

os buracos negros perdem massa

à medida que libertam partículas dos seus horizontes de eventos.

Critically, it seems as though the evaporating particles

Dá a ideia de que as partículas evaporadas

are unrelated to the information the black hole encodes–

não estão relacionadas com a informação que o buraco negro codifica

suggesting that a black hole and all the quantum information it contains

— sugerindo que um buraco negro e toda a informação quântica que contém

could be completely erased.

podem desaparecer totalmente.

Does that quantum information truly disappear?

Esta informação quântica desaparecerá realmente?

If not, where does it go?

Se assim não é, para onde vai?

While the evaporation process would take an incredibly long time,

Embora o processo de evaporação possa demorar um tempo imenso,

the questions it raises for physics are far more urgent.

as questões que coloca para a Física são muito mais urgentes.

The destruction of information

A destruição da informação forçar-nos-á a reescrever

would force us to rewrite some of our most fundamental scientific paradigms.

alguns dos nossos paradigmas científicos mais fundamentais.

But fortunately, in science,

Mas, felizmente, em ciência,

every paradox is an opportunity for new discoveries.

cada paradoxo é uma oportunidade para novas descobertas.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

Os investigadores estão a investigar uma ampla série de soluções possíveis

to the Information Paradox.

para o paradoxo da informação.

Some have theorized

Alguns defendem a teoria

that information actually is encoded in the escaping radiation,

de que a informação está codificada nas radiações que escapam

in some way we can’t yet understand.

de uma forma que ainda não entendemos.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

Outros sugerem que o paradoxo é apenas uma má interpretação

of how general relativity and quantum field theory interact.

de como a relatividade geral e a teoria do campo quântico interagem.

Respectively,

Cada uma destas teorias descreve

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

os fenómenos físicos maiores e os mais pequenos

and they’re notoriously difficult to combine.

e são notoriamente difíceis de combinar.

Some researchers argue that a solution to this and many other paradoxes

Alguns investigadores argumentam

que uma solução para este e muitos outros paradoxos

will come naturally with a “unified theory of everything.”

aparecerá naturalmente com uma "teoria unificada de tudo".

But perhaps the most mind-bending theory to come from exploring this paradox

Mas talvez a teoria mais complexa que surge da exploração deste paradoxo

is the holographic principle.

seja o princípio holográfico.

Expanding on the idea that the 2D surface of an event horizon

A partir da ideia de que a superfície 2D de um horizonte de eventos

can store quantum information,

pode armazenar informação quântica,

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

este princípio sugere que o limite do universo observável

is also a 2D surface encoded with information

também é uma superfície 2D codificada com informação

about real, 3D objects.

sobre objetos reais de 3D.

If this is true, it’s possible that reality as we know it

Se isto for verdade, é possível que a realidade, tal como a conhecemos,

is just a holographic projection of that information.

seja apenas uma projeção holográfica dessa informação.

If proven, any of these theories would open up new questions to explore,

Se provada, qualquer destas teorias abrirão novas questões para explorar,

while still preserving our current models of the universe.

embora preservando os nossos atuais modelos do universo.

But it’s also possible that those models are wrong!

Mas também é possível que esses modelos estejam errados!

Either way, this paradox has already helped us take another step

Seja como for, este paradoxo já nos ajudou a dar mais um passo

into the unknown.

até ao desconhecido.