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O incrível mundo dos buracos negros: por que sua energia desaparece?
Na vastidão do universo, os buracos negros atraem inúmeras matérias e luz com sua misteriosa e poderosa gravidade. Com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, os astrónomos ganharam gradualmente uma compreensão mais profunda dos buracos negros, mas uma questão continua a preocupar os físicos: como é que os buracos negros perdem a sua energia? Esta questão envolve o conceito de energia negativa, que está intimamente ligado à natureza dos buracos negros.
Energia negativa é um conceito usado na física para explicar as propriedades de certos campos, incluindo campos gravitacionais e vários efeitos de campos quânticos.
Energia gravitacional e buracos negros
Energia gravitacional ou energia potencial gravitacional refere-se à energia potencial possuída por um objeto massivo por estar em um campo gravitacional. Na mecânica clássica, sempre existe energia potencial gravitacional entre duas ou mais massas. De acordo com o princípio da conservação da energia, a energia deste campo gravitacional deve ser negativa, portanto seu valor é zero quando o objeto está infinitamente distante. Quando dois objetos se aproximam, a gravidade acelera seu movimento, o que resulta em um aumento na energia positiva do sistema.
Num universo dominado por energia positiva, acabará por cair num grande colapso; enquanto num universo "aberto" dominado por energia negativa, irá expandir-se infinitamente ou eventualmente desintegrar-se.
Rotação do buraco negro e conversão de energia
Para um buraco negro rotativo clássico, a sua rotação cria uma região chamada "fósforo energético" fora do horizonte de eventos, onde o espaço-tempo também começa a rodar, um fenómeno conhecido como arrasto de enquadramento. Nesta região, a energia da partícula pode se transformar em energia negativa, ou seja, sob a rotação relativística do seu vetor Kilnin. Quando partículas de energia negativa cruzam o horizonte de eventos e entram num buraco negro, de acordo com a lei da conservação de energia, a mesma quantidade de energia positiva deve escapar.
No processo de Penrose, um objeto se divide em duas partes, uma das quais ganha energia negativa e cai no buraco negro, enquanto a outra parte ganha a mesma quantidade de energia positiva e escapa.
Energia negativa em efeitos de campo quântico
Energia negativa e densidade de energia negativa também são bastante consistentes na teoria quântica de campos. Na teoria quântica, o princípio da incerteza permite que pares virtuais de partícula-antipartícula apareçam espontaneamente no vácuo e existam por um breve período de tempo. Algumas partículas virtuais podem transportar energia negativa, e esta propriedade desempenha um papel fundamental em vários fenómenos importantes.
No efeito Casimir, o espaçamento entre duas placas planas limita o comprimento de onda no qual as partículas quânticas podem existir, o que resulta numa redução no número e na densidade dos pares de partículas virtuais, resultando numa densidade de energia negativa.
Radiação do buraco negro e desaparecimento de energia
Além do horizonte de eventos de um buraco negro, parte do par de partículas virtuais será sugada para dentro do buraco negro e a energia de uma das partículas pode tornar-se negativa devido a esta sucção. Partículas positivas podem escapar e formar radiação Hawking, enquanto a presença de partículas de energia negativa reduzirá a energia líquida do buraco negro. Isto cria um fenómeno interessante: com o tempo, o buraco negro pode irradiar energia lentamente, eventualmente fazendo com que desapareça.
Possibilidades futuras: buracos de minhoca e voo mais rápido que a luz
Em algumas teorias, a energia negativa é considerada o elemento central dos buracos de minhoca. Os buracos de minhoca podem conectar diretamente dois locais extremamente distantes no espaço e no tempo, tornando possível realizar viagens quase instantâneas. No entanto, alguns físicos acham que essas ideias são muito irrealistas.
A ideia de usar os princípios teóricos da energia negativa para projetar uma aeronave mais rápida que a luz (FTL) também é uma ideia fascinante. A mais representativa dessa ideia é a cápsula Alcubierre.
A exploração destas teorias não só desafia a nossa compreensão do universo, mas também nos faz repensar a relação entre energia, tempo e espaço. Neste universo cheio de mistérios, os buracos negros e a energia negativa continuam a impulsionar o progresso científico, mas ainda temos que enfrentar uma questão fundamental: até que ponto entendemos os buracos negros?
