A terceira lei da mecânica de buracos negros, considerada um pilar da astrofísica teórica há mais de cinco décadas, foi refutada por estudo da Universidade de Cambridge que utilizou simulações numéricas e inteligência artificial. A descoberta, publicada na revista Physical Review Letters, demonstra que buracos negros extremos, com temperatura zero, podem se formar em tempo finito apenas pela absorção de ondas gravitacionais, sem necessidade de matéria externa.
O trabalho foi liderado por John R. Crump, pesquisador da Universidade de Cambridge e primeiro autor do artigo, que explicou ao portal Phys.org o significado da descoberta. Segundo Crump, a prova teórica anterior que sustentava a terceira lei, proposta pelo físico Werner Israel em 1986, continha uma suposição que parecia fisicamente razoável, mas que se revelou falha décadas depois.
Em 2022, os físicos Ryan Unger e Christoph Kehle já haviam abalado a comunidade científica ao demonstrar que a terceira lei era falsa para buracos negros carregados eletricamente que absorvem matéria carregada idealizada. O novo estudo avança ao provar que a violação ocorre mesmo na gravidade a vácuo, onde não há matéria, gás ou radiação, apenas o próprio tecido do espaço-tempo e ondas gravitacionais.
A equipe de Cambridge trabalhou com um cenário em cinco dimensões espaciais, e não nas quatro dimensões habituais. Crump esclarece que a escolha não foi arbitrária: há uma simetria matemática em cinco dimensões que torna o problema consideravelmente mais tratável, algo inexistente no espaço quadridimensional.
Para realizar as simulações, os pesquisadores utilizaram uma técnica chamada colagem característica, que conecta diferentes regiões do espaço-tempo em uma estrutura maior que satisfaz as equações de Einstein. Eles uniram uma região inicial contendo um buraco negro de Schwarzschild, sem rotação e sem carga elétrica, a uma região final com um buraco negro extremo de temperatura zero.
O diferencial metodológico do estudo foi o emprego de redes neurais artificiais para encontrar a região de interpolação entre essas duas configurações do espaço-tempo. Em vez de prever palavras como fazem os grandes modelos de linguagem, essas redes recebem coordenadas como entrada e produzem a geometria do espaço-tempo como saída, utilizando os mesmos métodos de treinamento de plataformas como o ChatGPT.
A implicação mais profunda da descoberta é que a terceira lei se mostra falsa independentemente do modelo de matéria adotado. Seja o modelo padrão da física de partículas, matéria escura ou fluidos carregados, a gravidade sozinha é suficiente para levar um buraco negro à temperatura zero. Isso contraria a expectativa histórica de que seria impossível reduzir a temperatura de um buraco negro ao zero absoluto.
Buracos negros extremos são objetos exóticos com propriedades peculiares, como gravidade superficial nula e ausência de radiação Hawking padrão, o que significa que não evaporariam no vácuo. O fato de poderem se formar abre portas para uma série de fenômenos até então considerados impossíveis, e Crump acredita que essa linha de investigação pode revelar ainda mais segredos da relatividade geral de Einstein.
O próximo passo da equipe é investigar se a terceira lei também é violada na gravidade a vácuo em quatro dimensões, o cenário que corresponde ao nosso universo observável. Crump admite que a tarefa é tecnicamente mais desafiadora e que ainda não está claro se a violação se mantém nesse caso, mas os pesquisadores pretendem seguir investigando.
Com informações de https://phys.org/.