Os físicos do RIKEN sugerem que uma propriedade quântica chamada ‘mágica’ pode ser a chave para entender como o espaço-tempo se originou, com base em uma nova análise matemática que o liga à natureza caótica dos buracos negros.
Pela primeira vez, os físicos vinculam a propriedade quântica da magia à natureza caótica dos buracos negros.
Uma nova análise matemática feita por três físicos do RIKEN sugere que uma propriedade quântica apelidada de “mágica” pode ser a chave para explicar como o espaço e o tempo surgem.
É difícil conceber algo mais fundamental do que o tecido do espaço-tempo que sustenta o universo, mas os físicos teóricos questionam essa suposição. “Os físicos há muito são fascinados pela possibilidade de que o espaço e o tempo não sejam fundamentais, mas sim derivados de algo mais profundo”, diz Kanato Goto, do RIKEN’s Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS).
Vista do buraco negro supermassivo M87. Os físicos teóricos de RIKEN vincularam a natureza caótica dos buracos negros à propriedade quântica da magia pela primeira vez. Crédito: Colaboração EHT
Essa ideia recebeu um impulso na década de 1990, quando o físico teórico Juan Maldacena conectou a teoria da gravidade que rege o espaço-tempo com uma teoria envolvendo partículas quânticas. Em particular, imagine um espaço hipotético – que pode ser retratado como sendo cercado por algo como uma lata de sopa infinita, ou “aglomerado” – que contém coisas como buracos negros afetados pela gravidade. Maldacena também imaginou partículas se movendo na superfície de uma lata, controladas pela mecânica quântica. Ele percebeu que a teoria quântica usada para descrever partículas no limite em matemática é equivalente à teoria gravitacional que descreve buracos negros e o espaço-tempo dentro de um aglomerado.
“Esta relação indica que o próprio espaço-tempo não existe essencialmente, mas emerge de alguma natureza quântica”, diz Goto. Os físicos estão tentando entender qual propriedade quântica é a chave.
Kanato Goto e dois colegas conduziram uma análise usando buracos de minhoca que lança luz sobre o paradoxo da informação do buraco negro. Crédito: © 2022 RIKEN
O pensamento original era que o emaranhamento quântico – que conecta as partículas, não importa o quão distantes elas estejam – era o fator mais importante: quanto mais partículas emaranhadas no limite, mais suave é o espaço-tempo dentro do aglomerado.
“Mas olhar apenas para o grau de emaranhamento na fronteira não explica todas as propriedades dos buracos negros, por exemplo, como seus interiores podem crescer”, diz Guto.
Então, Goto e seus colegas do iTHEMS, Tomoki Nosaka e Masahiro Nozaki, procuraram outro quantum que pudesse ser aplicado ao regime de fronteira e também pudesse ser mapeado para a massa para descrever mais completamente os buracos negros. Em particular, eles observaram que os buracos negros têm uma propriedade caótica que precisa ser descrita.
Quando você joga algo[{” attribute=””>black hole, information about it gets scrambled and cannot be recovered,” says Goto. “This scrambling is a manifestation of chaos.”
The team came across ‘magic’, which is a mathematical measure of how difficult a quantum state is to simulate using an ordinary classical (non-quantum) computer. Their calculations showed that in a chaotic system almost any state will evolve into one that is ‘maximally magical’—the most difficult to simulate.
This provides the first direct link between the quantum property of magic and the chaotic nature of black holes. “This finding suggests that magic is strongly involved in the emergence of spacetime,” says Goto.
Reference: “Probing chaos by magic monotones” by Kanato Goto, Tomoki Nosaka and Masahiro Nozaki, 19 December 2022, Physical Review D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.106.126009
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