Quantum

Radiação Hawking

Todos nós estamos familiarizados com a gravidade de alguma forma. Gravidade é uma força atrativa onipresente que nos mantém na Terra. Mas é também a força que mantém a Terra em órbita ao redor do Sol, e a força que faz todo o nosso Sistema Solar orbitar o centro da Via Láctea (a galáxia em que vivemos).

Por muito tempo, as pessoas acreditaram de forma errônea que a gravidade agia somente sobre partículas que possuíssem massa. Mais tarde, porém, foi descoberto que até mesmo partículas com massa de repouso igual a zero (fótons, por exemplo) são influenciadas gravitacionalmente. A luz, que se move pelo Universo à maior velocidade possível - de acordo com a teoria especial da relatividade não sofre influência significante da gravidade na maioria dos casos. Porém, existem objetos com massas gigantescas no Universo, cujos campos gravitacionais são tão colossais que nem mesmo a luz consegue escapar - os buracos negros.

De forma geral, quanto mais próximo um objeto estiver de um campo gravitacional, maior será a gravidade atuando sobre ele. Portanto, deve haver uma área de formato esférico ao redor de todo buraco negro na qual a gravidade é tão imensamente forte que nem mesmo a luz tem chances de escapar. Os cientistas chamam esta área de horizonte de eventos.

Quando o famoso cientista britânico Stephen Hawking estudou fenômenos quânticos próximos ao horizonte de eventos em 1974, ele chegou a uma teoria fascinante - todo buraco negro deve emitir radiação eletromagnética constantemente. Hoje em dia, esta teoria é amplamente aceita, e este tipo de radiação é conhecida por radiação Hawking.

Vamos imaginar um par de fótons virtuais criado próximo a um horizonte de eventos, de modo que um dos fótons esteja logo após e o outro fóton logo antes do horizonte de eventos. O primeiro fóton será irremediavelmente absorvido pelo buraco negro, enquanto que o outro fóton por muito pouco consegue escapar do seu destino. Porém, como é uma partícula virtual, ela deve ser destruída imediatamente. Entretanto, partículas virtuais são destruídas somente por aniquilação, o que não pode ocorrer, já que o fóton que conseguiu escapar "perdeu" seu par dentro do buraco negro, o que significa que eles não podem colidir e se aniquilar mutuamente.

Portanto, a pergunta é: O que acontece com o fóton que conseguiu escapar? Algo aparentemente impossível - ele se torna um fóton clássico e deixa as proximidades do buraco negro na forma de radiação Hawking.

Mas há um problema. Fótons não podem ser criados do nada; a lei da conservação da energia precisa ser obedecida. Não é preciso se preocupar com a lei da conservação da energia enquanto os energia fótons são virtuais, já que a "emprestada" das flutuações quânticas de vácuo para fazer estes fótons é logo devolvida após um curto período de tempo.

Mas no caso da radiação Hawking, a aniquilação não acontece - o fóton virtual precisa ganhar energia para se tornar um fóton clássico. Onde ele consegue a energia necessária? Do próprio buraco negro. Isso, entretanto, tem consequências surpreendentes. Como o buraco negro fornece sua energia a cada fóton virtual que ele emite, sua massa diminui - o buraco negro começa a evaporar. Quanto menor o buraco negro, mais rápido ele evapora, por consequência da radiação Hawking.

Mas esse efeito é totalmente insignificante para buracos negros de tamanhos colossais, que normalmente absorvem quantidades gigantescas de matéria, constantemente ganhando energia ou invés de perder.