Estranha lei da Física está fazendo hélio superfluido se comportar de nova maneira

Os cientistas descobriram que as forças que controlam o comportamento do horizonte de eventos de um buraco negro também estão em jogo no hélio superfluido, um líquido extraordinário que flui sem atrito.

Esta lei de área de emaranhamento agora foi observada tanto na vasta escala de buracos negros quanto na escala atômica do hélio frio e poderia ser a chave para finalmente estabelecer a tão procurada teoria quântica da gravidade – a solução para um dos problemas mais profundos na Física Teórica de hoje. 

O fato de que uma lei de área de emaranhamento pode ser aplicada a buracos negros e ao hélio é estranho, diz um membro da equipe, o físico Adrian Del Maestro da Universidade de Vermont.

Os buracos negros são bastante estranhos por conta própria, mas sua relação com a entropia – a desordem do Universo – é algo em que o renomado físico Stephen Hawking trabalhou muito. Entropia é, como descrevemos, a progressão de um sistema de ordem para desordem – um ovo intocado tem baixa entropia, mas um ovo mexido tem alta entropia. E assim como você não pode desembaralhar um ovo, um sistema só pode progredir de baixa para alta entropia – em nosso Universo, pelo menos. Graças à entropia, a seta do tempo sempre avança.

Na década de 1970, Hawking e o físico teórico Jacob Bekenstein descobriram que quando a matéria vaga muito perto de eventos como buraco negro, a informação que é então adicionada – uma forma de entropia – aumenta rapidamente.

Segundo os cientistas, isso é estranho, pois o volume crescente do buraco negro não parece ocorrer. “Se você dobrar o tamanho de uma caixa, espera ser capaz de dobrar a quantidade de informação nessa caixa”, relatou o físico Christopher Herdman, da Universidade de Waterloo, no Canadá, que não esteve envolvido no estudo, disse à Science News.

Pense nisso como um armário de arquivo – não faria qualquer sentido usar apenas suas medidas de superfície para descobrir quantos arquivos você poderia guardar dentro, sem levar em consideração o seu volume. Mas isso é o que Hawking e Bekenstein descobriram em buracos negros no espaço. “Descobrimos que o mesmo tipo de lei é obedecido para a informação quântica em hélio superfluido”, diz Del Maestro em uma declaração à imprensa.

Para descobrir isso, a equipe desenvolveu uma simulação exata de hélio superfluido, que foi resfriada a apenas 2 graus acima do zero absoluto. O zero absoluto (0 Kelvin, -273,15°C, ou -459,67°F) é o limite absoluto do frio no Universo. Neste ponto, o hélio transforma de um gás para um fluido com viscosidade zero, o que lhe permite fluir sem qualquer perda de energia cinética. Isso significa que se você colocasse hélio superfluido em um copo e o rodasse, o hélio ficaria girando para sempre.

No hélio superfluido, os átomos individuais que compõem a substância não podem mais ser identificados como entidades separadas – tornaram-se quantum enredados uns com os outros e agora compartilham uma existência. Quando Del Maestro e seus colegas enviaram sua pesquisa para dois supercomputadores, eles conseguiram executar simulações separadas de 64 átomos de hélio à medida que passavam para um superfluido.

Dentro deste superfluido, eles estabeleceram duas seções hipotéticas – uma esfera de superfluido e o superfluido que o cercava – e mantiveram o controle da quantidade de informações quânticas entrelaçadas compartilhadas entre eles à medida que a esfera foi aumentada. Se você pensar nos buracos negros, essa informação quântica enredada é análoga à informação que cai sobre o horizonte de eventos para aumentar a entropia interior.

Assim como Hawking e Bekenstein descobriram, foi observado que o superfluido era determinado pela área superficial da esfera, não pelo seu volume.”Como um hológrafo, parece que um volume tridimensional de espaço é totalmente codificado em sua superfície bidimensional, assim como um buraco negro”, descreve a equipe. De acordo com Emily Conover da Science News, enquanto o fenômeno já estava previsto em superfluidos, esta é a primeira vez que ele foi demonstrado em simulações de um estado natural da matéria.

Isso é importante, porque o fenômeno do emaranhamento quântico não se confunde com o Modelo Padrão da Física. “O entrelaçamento é uma informação não clássica compartilhada entre partes de um estado quântico.

[É] o traço característico da Mecânica Quântica que é mais estranho à nossa realidade clássica”, diz Del Maestro em uma declaração à imprensa. “Nossa teoria clássica da gravidade depende de saber exatamente a forma ou geometria do espaço-tempo”.

Como teorias que explicam separadamente o comportamento de coisas enormes e minúsculas em nosso Universo, a Teoria da Relatividade de Einstein e a Mecânica Quântica não se mesclam. Além disso, um dos problemas mais significativos na Física Moderna é encontrar uma maneira de combinar os dois em um Universo. A pesquisa foi publicada em Nature Physics.

Fonte: Science Alert Fotos: Reprodução / Science Alert