Existem várias hipóteses que tentam resolver esse problema, como a Teoria das Cordas, e a ideia do “cabelo macio”, proposta por Stephen Hawking, no último trabalho de sua vida, ao lado de colegas. Essas ideias têm em comum a evocação de uma espécie de holograma.
Na ideia chamada dualidade holográfica, os movimentos das partículas em um plano bidimensional acima do buraco negro refletem os movimentos tridimensionais do buraco negro. Isso seria como enxergar uma realidade holográfica, uma projeção 3D do que está acontecendo em outros níveis.
Imagine a superfície de um lago — a metáfora favorita de cientistas e professores para explicar a função de ondas das partículas, ou as ondas gravitacionais. Quando atiramos uma pedra na água parada, a turbulência na superfície gera ondas concêntricas, assim como acontece com o espaço-tempo quando dois buracos negros se chocam.
No entanto, se as ondulações estão na superfície do lado, há mundo muito mais complexo e cheio de segredos ocultos por baixo. Essa é a proposta da dualidade holográfica, e as primeiras conexões entre superfície e este submundo foram mostradas em 1997.
Naquele ano, um físico da Universidade de Harvard mostrou que os eventos que ocorrem em uma região 3D do espaço correspondem matematicamente a eventos muito diferentes que ocorrem na fronteira 2D dessa mesma região. Isso originou um novo princípio matemático. Do mesmo modo, eventos em 4D também correspondem a eventos em 3D, e assim por diante.
Ondas em um lado são metáforas para eventos em uma superfície 2D que se traduzem matematicamente no "mundo" 3D abaixo (Imagem: Reprodução/Gerd Altmann/Pixabay)
A dualidade holográfica está relacionada à Teoria das Cordas, um modelo que desenvolvido para unificar a Relatividade Geral e a mecânica quântica, e prevê 11 dimensões. Apesar de matematicamente “elegante”, a teoria ainda não foi comprovada. Nela, elétrons, fótons, quarks, e as demais partículas fundamentais são linhas unidimensionais, ou “cordas”.
Quanto à massa e outras propriedades que podemos ver e tocar, elas são, na verdade, as vibrações das cordas, e as interações entre diferentes as matérias e forças fundamentais da natureza vêm da forma como as cordas se dividem e se conectam.
De volta à superfície 2D do lago, podemos fazer o seguinte paralelo: as partículas são os respingos na superfície e as ondas são as ondulações geradas (isso não se aplica no caso das ondas gravitacionais, mencionadas na metáfora anteriormente, pois elas se movem apelas pelo espaço-tempo, que não é formado por partículas; ou seja, não há força de gravidade neste exemplo).
Então, onde está a gravidade? Está com os demais eventos, na região interior do lago, todos bem descritos pela teoria das cordas. Por outro lado, os eventos da superfície representam tudo o que pode ser descrito pela mecânica quântica e está livre da gravidade.
Uma dimensão acima projeta a superfície da dimensão abaixo, como um holograma (Imagem: Reprodução/M. Amon/Universidade Friedrich Schiller)
Ambas as dimensões não podem ser explicadas fora de seus domínios, mas há uma relação intrínseca entre elas: se observamos um sistema onde a teoria da gravidade é fácil de analisar, as partículas na fronteira (na superfície do lado) estão interagindo muito fortemente umas com as outras. E quando as partículas estão calmas na superfície, o interior da lagoa está em situação extremamente complexa.
É nesse contraste que temos uma dualidade, enquanto o termo “holográfico” diz respeito à essa projeção proporcionalmente “inversa” de uma dimensão sobre a outra. Se a dimensão 2D da nossa lagoa está turbulenta, é matematicamente correto dizer que a águas estão paradas no interior 3D.
Seguindo esse princípio, os físicos podem compreender o comportamento no nível da superfície estudando a situação no 3D, e vice-versa. Se as águas abaixo estão paradas, tudo é mais simples de analisar e calcular, e isso facilita descobrir o que se passa na superfície.
Mas por que falam em "universo holográfico"? É que, segundo esse modelo, a entropia (quantidade de informação) da massa dos objetos é proporcional à área da sua superfície e não ao volume. Em outras palavras, estamos vendo apenas uma projeção do que acontece em dimensões às quais não temos acesso, mas são explicadas na Teoria das Cordas.
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