A morte enganou Stephen Hawking de um Prêmio Nobel?
Quando o icônico físico morreu em 14 de março de 2018, os dados já estavam em mãos que poderiam confirmar uma previsão sinistra e de longo alcance que ele havia feito mais de quatro décadas antes. O Dr. Hawking postulou que os buracos negros, aquelas mandíbulas da desgraça gravitacional, só poderiam crescer maiores, nunca menores – engolindo informações à medida que avançavam e assim ameaçando nossa capacidade de rastrear a história do universo.
Esses dados foram obtidos em 2015, quando o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ou LIGO, registrou sinais de dois buracos negros massivos que colidiram e criaram um buraco negro ainda mais massivo.
A previsão do Dr. Hawking foi o primeiro passo crucial em uma série de descobertas sobre os buracos negros que transformaram a física moderna. O que está em jogo é se a gravidade einsteiniana, que molda o universo maior, segue as mesmas regras da mecânica quântica, as regras paradoxais que prevalecem dentro do átomo.
Uma confirmação da previsão do Dr. Hawking foi publicada neste verão em Physical Review Letters. Uma equipe liderada por Maximiliano Isi, um físico do Massachusetts Institute of Technology, e seus colegas passaram anos investigando os detalhes dos resultados do LIGO e, em julho, finalmente anunciaram que o Dr. Hawking estava certo, pelo menos para este negro em particular colisão do buraco.
“É um teste empolgante porque é um resultado há muito desejado que não pode ser alcançado em um laboratório na Terra”, disse Matthew Giesler, pesquisador da Universidade Cornell e parte da equipe do Dr. Isi, por e-mail. “Esse teste exigia o estudo da fusão de dois buracos negros a mais de um bilhão de anos-luz de distância e simplesmente não poderia ser realizado sem o LIGO e seus detectores sem precedentes.”
Ninguém afirma conhecer a opinião do comitê do Prêmio Nobel, e os nomes das pessoas indicadas para o prêmio são mantidos em segredo por mais 50 anos. Mas muitos cientistas concordam que a confirmação do Dr. Isi da previsão do Dr. Hawking poderia ter tornado o Dr. Hawking – e seus co-autores em um artigo definitivo sobre o assunto – elegível para o Prêmio Nobel.
Mas o Prêmio Nobel não pode ser concedido postumamente. O resultado do Dr. Isi veio tarde demais.
A semana do Prêmio Nobel voltou na segunda-feira, quando alguns cientistas esperam por um telefonema ungindo-os como laureados e convocando-os para uma cerimônia suntuosa em Estocolmo no dia 10 de dezembro. (Este ano, por causa da pandemia, os prêmios serão entregues no países de origem dos vencedores.)
O Dr. Hawking, indiscutivelmente um dos pesquisadores mais celebrados e homenageados, nunca ganhou um Nobel e agora nunca o fará. Sua história é um lembrete de como o prêmio de prestígio final está sujeito à inconstância do destino.
O emburrecimento do universo
A história começa em 1970, quando o Dr. Hawking se preparava para dormir uma noite – uma tarefa árdua para um homem já meio paralisado com esclerose lateral amiotrófica, ou doença de Lou Gehrig.
Ele vinha pensando em buracos negros – objetos com gravidade tão forte que nem mesmo a luz pode escapar deles, de acordo com a teoria da relatividade geral de Albert Einstein. Eles são vigias até o infinito.
Cada buraco negro é cercado por um horizonte de eventos, uma bolha invisível marcando a fronteira sem retorno; tudo o que entra nunca sairá. O Dr. Hawking percebeu que a teoria de Einstein também significava que o horizonte de eventos de um buraco negro nunca poderia diminuir. Um buraco negro apenas ganha massa, então a área total da superfície de seu horizonte de eventos apenas aumenta.
Foi uma ideia ousada. A natureza não precisava funcionar dessa maneira. E se os buracos negros pudessem se dividir em dois ou espirrar uns nos outros e desaparecer, como bolhas de sabão?
A visão do Dr. Hawking se tornou a pedra angular de um artigo de 1973, “As Quatro Leis da Mecânica do Buraco Negro,”Que ele escreveu com James Bardeen, agora na Universidade de Washington, e Brandon Carter, agora no Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica.
Essas leis também continham uma conclusão preocupante para a física chamada teorema “sem cabelo”. A área da superfície de um horizonte de eventos é uma medida de todas as informações engolidas por um buraco negro. É a mesma coisa para um buraco negro, quer consuma matéria ou antimatéria, um Tesla ou um Volkswagen, um avestruz ou uma baleia. Os buracos negros têm apenas três propriedades: massa, rotação e carga elétrica. Nenhum outro detalhe, ou “cabelo”, registre-se.
Esse teorema significa que, à medida que um buraco negro envelhece e seu horizonte de eventos se torna maior, a quantidade de informação perdida sobre o que está dentro também aumentaria. O universo ficaria cada vez mais burro, escondendo cada vez mais os detalhes de seu passado, incluindo talvez sua existência. O enigma se aprofundou em 1974, quando Hawking calculou que os efeitos quânticos fariam com que um buraco negro vazasse lentamente e explodisse.
A busca para entender o que acontece com a informação em um buraco negro transformou a física fundamental e energizou uma geração de jovens teóricos. O que está em jogo é se a gravidade einsteiniana, que governa o cosmos, e a mecânica quântica, que governa o microcosmo, seguem as mesmas regras.
“Tudo começou com a compreensão de Hawking de que a área total dos buracos negros no horizonte nunca pode cair”, disse Isi.
Mas, sem buracos negros para experimentar, as idéias do Dr. Hawking não puderam ser testadas.
LIGO to the rescue
LIGO mudaria isso. Essa foi a promessa que Kip Thorne, um físico teórico do Instituto de Tecnologia da Califórnia e um dos fundadores do LIGO, fez ao Dr. Hawking em 2003. A nova matriz seria capaz de classificar as propriedades dos buracos negros na época do Dr. Hawking completou 70 anos em 2012.
“Seu presente é que nossos detectores de ondas gravitacionais – LIGO, GEO, Virgo e LISA – testarão suas previsões de buracos negros da Idade de Ouro e começarão a fazê-lo bem antes do seu 70º aniversário”, disse recentemente o Dr. Thorne. .
Demorou mais do que isso – até 14 de setembro de 2015 – para o LIGO observar seu primeiro evento de época: dois buracos negros em colisão. Comparando os padrões de ondas detectados com simulações de computador, a equipe do LIGO concluiu que um dos buracos negros tinha 36 vezes a massa do nosso sol e o outro tinha 29 vezes a massa – igualando um total de 65 sóis. A colisão resultou em um novo buraco negro com uma massa de cerca de 62 sóis. Três sóis de energia desapareceram nas ondas gravitacionais que sacudiram o universo.
A observação confirmou não apenas a existência de ondas gravitacionais, como Einstein havia previsto 100 anos antes, mas forneceu a primeira evidência direta de buracos negros.
Uma cópia vazada do documento de descoberta chegou ao Dr. Hawking alguns dias antes do anúncio oficial das descobertas. Ele ficou surpreso ao não encontrar nenhuma menção às quatro leis da mecânica dos buracos negros, ou à possibilidade de que a descoberta pudesse testá-las. Ele telefonou para o Dr. Thorne, autor do artigo.
“Steven está bastante surpreso”, escreveu o Dr. Thorne a seus colegas.
Ninguém havia pensado em verificar as leis da mecânica dos buracos negros e era tarde demais para acrescentar qualquer coisa ao jornal. Além disso, como o Dr. Thorne explicou recentemente, os dados eram muito barulhentos para medir o tamanho do buraco negro recém-formado bem o suficiente para confirmar a teoria do Dr. Hawking.
Em 2017, o Dr. Giesler, então estudante de graduação na Caltech, e seus colegas usaram simulações numéricas dos buracos negros em colisão para examinar mais profundamente o redemoinho do Juízo Final.
Quando um buraco negro recém-fundido se forma, ele vibra. Como um tambor, ele gera um tom fundamental, bem como harmônicos – sobretons ou subtons. As conotações revelaram-se surpreendentemente altas no início do processo de fusão, descobriu Giesler. Usando essas conotações, em 2019 ele e seus colegas provou o teorema “sem cabelo”, que afirma que os buracos negros podem ser descritos por apenas três parâmetros.
Neste verão, eles foram capazes de estender sua análise explorando uma tonalidade do novo buraco negro para medir seu tamanho. Eles concluíram que a área do horizonte de eventos do novo buraco negro havia aumentado, como o Dr. Hawking havia previsto há muito tempo.
Sonhos nobel
Isso teria dado ao Dr. Hawking o Prêmio Nobel se ele ainda estivesse vivo?
“Não me sinto confortável especulando”, disse o Dr. Thorne, que em 2017 compartilhou o Prêmio Nobel de Física por sua participação no desenvolvimento do LIGO.
Andrew Strominger, de Harvard, um colaborador de longa data do Dr. Hawking, disse: “Não estou a par das deliberações do comitê do Nobel, mas Hawking já poderia ter sido incluído neste prêmio se ainda estivesse vivo. Certamente, essas experiências mais recentes tornariam o caso ainda mais forte. ”
Daniel Holz, um astrofísico da Universidade de Chicago que faz parte da colaboração do LIGO, mas não faz parte da equipe do Dr. Isi, chamou o resultado de “muito legal”.
“Provavelmente é uma confirmação de observação de uma de suas previsões”, disse ele. “Espero que o comitê do Nobel perceba isso.”
O prêmio de física sempre gravitou em torno de descobertas práticas e experimentais; até Einstein ganhou o prêmio por explicar o efeito fotoelétrico, não pela relatividade. O mais longe que o comitê do Nobel já foi em astrofísica teórica foi em 2020, quando Roger Penrose, da Universidade de Oxford, recebeu o prêmio por provar que buracos negros eram possíveis no universo.
Mas ele dividiu o prêmio com dois astrônomos, Reinhard Genzel, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, e Andrea Ghez, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, que estudou o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.
Mesmo que o Dr. Hawking ainda estivesse vivo quando seu teorema da área do buraco negro foi provado, teria sido difícil encaixá-lo – um Prêmio Nobel pode ser concedido a três pessoas no máximo. E o que dizer do Dr. Bardeen e do Dr. Carter, co-autores do Dr. Hawking? E a equipe do Dr. Isi?
O Dr. Hawking não seria o primeiro cientista a morrer cedo demais para um possível Prêmio Nobel.
“Disseram-me que o comitê do Nobel se arrependeu de não ter dado um prêmio ao Hubble”, escreveu Michael Turner, um cosmologista proeminente que agora trabalha para a Fundação Kavli em Los Angeles, por e-mail, referindo-se ao astrônomo Edwin Hubble, que descobriu a expansão Do universo. “Mas ele morreu primeiro.”
Robert Brout, um físico teórico da Université Libre de Bruxelles, provavelmente teria sido incluído no Prêmio Nobel de 2013 por prever a existência do bóson de Higgs, junto com seu colega François Englert e Peter Higgs da Universidade de Edimburgo, se não morreu em 2011.
Ronald Drever, da University of Glasgow, um dos fundadores do LIGO, poderia muito bem ter compartilhado o Nobel de 2017 com o Dr. Thorne e Rainer Weiss do MIT se ele não tivesse morrido no início de 2017. Seu lugar foi ocupado por Barry C. Barish, do Caltech .
O Dr. Hawking repousa ao lado de Isaac Newton e Charles Darwin na Abadia de Westminster. Talvez seja melhor do que passar um inverno em Estocolmo.
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