Cientistas descobrem que o hélio superfluido se comporta como um buraco negro

AlfredLeitner / Wikimedia

O hélio líquido na fase superfluida

Um grupo cientistas descobriu que as forças que controlam o comportamento do horizonte de eventos de um buraco negro também estão em ação no hélio superfluido, um líquido que flui sem atrito.

Este acontecimento foi detetado tanto na vasta escala dos buracos negros como na escala atómica do hélio frio e, para os especialistas, poderá ser a chave para finalmente estabelecer a tão procurada teoria quântica da gravidade.

Segundo o físico Adrian Del Maestro, um dos autores do estudo publicado na Nature Physics, “o facto de uma lei de entrelaçamento poder ser aplicada a buracos negros e ao hélio aponta para uma compreensão mais profunda da realidade”.

Os buracos negros são bastante estranhos, mas a sua relação com a entropia – a desordem do Universo – é algo que interessa particularmente ao físico Stephen Hawking.

A entropia é a progressão de um sistema da ordem a desordem. Por exemplo, um ovo intacto tem uma entropia baixa, mas um ovo cozido tem alta entropia. E, da mesma maneira que não podemos “descozinhar” um ovo, um sistema só pode progredir da entropia baixa para a alta – pelo menos no nosso Universo.

Muitos físicos acreditam que, depois do Big Bang, o Universo tem-se gradualmente movido de um estado de baixa entropia para um de alta entropia, algo que pode explicar porque é que o tempo apenas se move para frente e, como consequência, porque é que não conseguimos voltar atrás.

Em 1970, Hawking e o físico teórico Jacob Bekenstein descobriram que quando uma matéria se movimenta perto do horizonte de eventos de um buraco negro e é sugada, a informação que é adicionada ao buraco negro aumenta à medida que a área de superfície do buraco negro cresce.

De acordo com os especialistas, essa situação é muito estranha, porque o volume crescente do buraco negro não parece ser um fator.

“Se duplicarmos o tamanho de uma caixa, queremos conseguir duplicar a quantidade de informações nessa caixa”, explica o físico Christopher Herdman, da Universidade de Waterloo, no Canadá.

Para visualizar melhor o problema, basta pensarmos num armário de arquivos. Não faria qualquer sentido usar apenas as medidas da superfície do armário para descobrir quantos arquivos caberiam sem ter em consideração o seu volume.

Mas foi isso que Hawking e Bekenstein observaram nos buracos negros e agora parece que também se aplica a tipos especiais de átomos nos laboratórios.

A equipa de cientistas desenvolveu uma simulação exata de hélio-4 superfluido, um hélio superfluido que foi arrefecido a apenas 2 graus acima do zero absoluto, o limite absoluto do frio no Universo.

Neste ponto, o hélio deixa de ser um gás e transformou-se um fluido com viscosidade zero, que consegue fluir sem qualquer perda de energia cinética.

Isso significa que se agitássemos um copo com hélio superfluido, o líquido literalmente giraria para sempre. Este estado da matéria é tão estranho que tem a capacidade de fluir para cima contra a gravidade e contornar as laterais de um prato.

No hélio superfluido, os átomos individuais que compõem a substância não podem ser identificados como entidades separadas – ficam quanticamente entrelaçados  uns com os outros e compartilham a mesma existência.

Quando os cientistas enviaram a sua simulação para dois supercomputadores, conseguiram executar simulações separadas de 64 átomos de hélio à medida que atingiam o estado de superfluido.

Dentro deste superfluido, os cientistas estabeleceram duas secções hipotéticas – uma esfera de superfluido e o superfluido que a cercava – e observaram a quantidade de informações quânticas entrelaçadas compartilhadas entre essas secções à medida que a esfera foi ampliada.

Nos buracos negros, essa informação quântica entrelaçada é semelhante à informação que cai do horizonte de eventos, aumentando a entropia interior. E, tal como Hawking e Bekenstein descobriram, os cientistas observaram que a quantidade de informações quânticas entrelaçadas que foram compartilhadas entre as duas regiões do superfluido era determinada pela área superficial da esfera, mas não pelo seu volume.

Segundo Emily Conover, da Science News, apesar de este fenómeno já ter sido observado em superfluidos, esta é a primeira vez que é demonstrado em simulações de um estado natural da matéria.

Entrelaçamento quântico

Esta descoberta é importante porque o fenómeno do entrelaçamento quântico não se enquadra no modelo padrão da física – e deixou o próprio Einstein desconfortável -, mas está aqui para ficar e os cientistas pretendem estudá-lo ao pormenor.

“O entrelaçamento é uma informação não clássica compartilhada entre partes de um estado quântico. É o traço característico da mecânica quântica que é mais estranho à nossa realidade clássica”, explica Del Maestro, sublinhando que “a nossa teoria clássica da gravidade depende do facto de sabermos exatamente a forma ou geometria do espaço-tempo”.

Mesmo sendo duas teorias que explicam o comportamento de todas as coisas enormes e minúsculas no nosso Universo, a teoria da relatividade de Einstein e a mecânica quântica não se “misturam”. E um dos problemas mais significativos na física moderna é encontrar uma maneira de combinar as duas numa teoria quântica da gravidade universal.

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