Prever os caminhos de três objetos em órbita às vezes requer precisão melhor que o limite quântico.
Mesmo se você pudesse medir a localização de três buracos negros tão precisamente quanto fisicamente possível, ainda não saberia para onde iriam. A dança complexa desse trio pode ser tão caótica que os movimentos são fundamentalmente imprevisíveis, mostram novas simulações por computador.
Os caminhos de três buracos negros que orbitam um ao outro podem ser calculados com base em suas posições e velocidades em um ponto no tempo. Mas, em alguns casos, as órbitas dependem tão sensivelmente das posições exatas dos buracos negros que a incerteza da física quântica entra em cena. Pequenas incertezas quânticas na especificação da localização dos objetos podem explodir à medida que as oscilações dos buracos negros continuam ao longo de dezenas de milhões de anos, relatam a astrofísica Tjarda Boekholt e seus colegas nos Avisos Mensais da Sociedade Astronômica Real de abril. Portanto, o futuro distante das órbitas dos buracos negros é impossível de prever.
Essa extrema sensibilidade às condições iniciais é conhecida como caos. O novo estudo sugere, no caso de três buracos negros, “a mecânica quântica imprime no caos do universo em um nível fundamental”, diz o astrofísico Nathan Leigh, da Universidade de Concepción, no Chile, que não participou da pesquisa.
Em sistemas caóticos, pequenas mudanças podem gerar resultados totalmente diferentes. O exemplo clássico é uma borboleta batendo as asas, alterando os padrões climáticos, possivelmente produzindo um tornado distante que de outra forma não teria se formado. Esse caos também aparece nas órbitas de três buracos negros e em outras coleções de três ou mais objetos, dificultando o cálculo dessas órbitas, um enigma conhecido como problema dos três corpos.
Para testar se os movimentos dos buracos negros eram previsíveis, Boekholt, da Universidade de Coimbra, em Portugal, e seus colegas verificaram se podiam executar simulações de computador das órbitas, tanto para frente quanto para trás, e alcançar o mesmo resultado. Começando com um determinado conjunto de locais para três buracos negros inicialmente estacionários, os pesquisadores evoluíram essas órbitas para a frente no tempo, chegando a um ponto final dezenas de milhões de anos no futuro. Em seguida, eles rebobinaram a simulação, revertendo os movimentos para ver se os buracos negros terminaram de onde começaram.
As simulações em computador têm um nível limitado de precisão. Nesse caso, por exemplo, os locais dos buracos negros eram conhecidos apenas por um determinado número de casas decimais. Essa pequena imprecisão pode aumentar ao longo de milhões de anos da simulação.
De acordo com a mecânica quântica, é impossível determinar a posição de qualquer objeto melhor do que uma distância minúscula chamada comprimento de Planck, cerca de 1,6 vezes 10-35 metros, ou 16 bilionésimos de trilionésimo de trilionésimo de milímetro. No entanto, mesmo com precisão do tamanho do comprimento de Planck, os pesquisadores descobriram que cerca de 5% das vezes os três buracos negros não retornavam aos mesmos pontos quando a simulação era revertida. Isso significa que, mesmo se você medisse a localização dos buracos negros até o limite da mecânica quântica, não conseguiria voltar atrás para descobrir de onde eles tinham vindo.
“Esses sistemas são fundamentalmente irreversíveis”, diz Boekholt. “Você não pode avançar e retroceder esses 5% dos sistemas naturais. E esse foi um resultado bastante surpreendente.”
O resultado é teórico e não pode ser aplicado a buracos negros reais, diz o astrofísico Nicholas Stone, da Universidade Hebraica de Jerusalém. Por exemplo, erros de medição inundariam a importância da física quântica. Mas isso não diminui a importância do estudo, ele diz: “Ainda é bastante interessante do ponto de vista conceitual”.
Publicado em 07/04/2020 16h17
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