O Prêmio Nobel para Stephen Hawking que pode ser

A morte enganou Stephen Hawking, um ganhador do Nobel?

Quando o icônico físico faleceu em 14 de março de 2018, já havia dados disponíveis que poderiam confirmar uma previsão sinistra e de longo alcance que ele fez há mais de quatro décadas. O Dr. Hawking tinha a hipótese de que os buracos negros, aqueles condenados pela gravidade, só poderiam ficar maiores, e nunca menores – engolindo informações à medida que avançavam e ameaçando nossa capacidade de rastrear a história do universo.

Esses dados foram obtidos em 2015, quando o Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, ou LIGO, registrou sinais de dois buracos negros massivos que colidiram e criaram um buraco negro ainda mais massivo.

A previsão do Dr. Hawking foi o primeiro passo crucial em uma série de descobertas sobre os buracos negros que mudaram a física moderna. O que está em jogo é se a gravidade einsteiniana, que constitui o universo maior, segue as mesmas regras da mecânica quântica, as regras contraditórias que prevalecem dentro do átomo.

A confirmação das previsões do Dr. Hawking foi publicada Neste verão, em cartas de revisão física. Uma equipe liderada por Maximiliano Isi, um físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, e seus colegas passaram anos investigando os detalhes das descobertas do LIGO e, em julho, finalmente anunciaram que o Dr. Hawking estava certo, pelo menos para esta cor preta. colisão do buraco.

“É um teste emocionante porque é um resultado há muito desejado que não pode ser alcançado em um laboratório na Terra”, disse Matthew Geisler, pesquisador da Universidade Cornell e parte da equipe de Issey, por e-mail. “Este teste exigiu o estudo da fusão de dois buracos negros a mais de um bilhão de anos-luz de distância e não poderia ser alcançado sem o LIGO e seus detectores sem precedentes.”

Ninguém afirma conhecer a opinião do Comitê do Prêmio Nobel, e os nomes das pessoas indicadas para o prêmio foram mantidos em segredo por mais 50 anos. Mas muitos estudiosos concordam que a confirmação do Dr. Essie da previsão de Hawking poderia ter tornado o Dr. Hawking – e seus co-autores em um artigo específico sobre o assunto – elegível para o Prêmio Nobel.

Mas o Prêmio Nobel não pode ser concedido postumamente. O resultado da Dra. Issa veio tarde demais.

A semana do Prêmio Nobel volta na segunda-feira, quando alguns cientistas esperam um telefonema para considerá-los vencedores e convidá-los para uma luxuosa gala em Estocolmo em 10 de dezembro (este ano, devido à pandemia, os prêmios serão entregues em os países dos vencedores.)

Dr. Hawking, indiscutivelmente um dos pesquisadores mais conhecidos e homenageados, nunca ganhou um Prêmio Nobel e nunca ganhará. Sua história é um lembrete de como o prêmio final pelo prestígio está sujeito às vicissitudes do destino.

a nuvem do universo

A história começou em 1970, quando o Dr. Hawking estava se preparando para dormir uma noite – uma tarefa difícil para um homem já semi-paralisado devido à esclerose lateral amiotrófica, ou doença de Lou Gehrig.

Ele estava pensando em buracos negros – objetos com uma força gravitacional tão forte que nem mesmo a luz pode escapar deles, de acordo com a teoria geral da relatividade de Albert Einstein. Eles persianas para o infinito.

Cada buraco negro é cercado por um horizonte de eventos, uma bolha invisível que marca o limite do não retorno; O que quer que entre, nunca sairá. O Dr. Hawking percebeu que a teoria de Einstein também significava que o horizonte de eventos de um buraco negro nunca poderia diminuir. Um buraco negro está apenas ganhando massa, então a área total da superfície de seu horizonte de eventos está apenas crescendo.

Foi uma ideia ousada. A natureza não precisava funcionar dessa maneira. E se os buracos negros se dividirem em dois ou se espalharem e desaparecerem, como bolhas de sabão?

A visão de Hawking se tornou a pedra angular do jornal de 1973, “As quatro leis da mecânica do buraco negro,Ele o escreveu com James Bardeen, agora na University of Washington, e Brandon Carter, atualmente no French National Center for Scientific Research.

Essas leis também continham uma consequência perturbadora da física chamada teoria do “sem cabelo”. A área da superfície do horizonte de eventos é uma medida de todas as informações que o buraco negro ingeriu. O mesmo ocorre com um buraco negro, quer consuma matéria ou antimatéria, um Tesla ou um Volkswagen, um avestruz ou uma baleia. Os buracos negros têm apenas três propriedades: massa, rotação e carga elétrica. Não há outros detalhes, nem gravação de “Poesia”.

Essa teoria significa que, à medida que um buraco negro envelhece e seu horizonte de eventos aumenta, a quantidade de informação perdida sobre o que está dentro também aumenta. O universo ficará cada vez mais burro, escondendo cada vez mais detalhes de seu passado, incluindo talvez sua existência. O mistério se aprofundou em 1974, quando o Dr. Hawking calculou que os efeitos quânticos fariam com que um buraco negro vazasse lentamente e explodisse.

A busca para entender o que acontece com a informação em um buraco negro mudou a física básica e revitalizou uma geração de jovens teóricos. O que está em jogo é se a gravidade de Einstein, que governa o universo, e a mecânica quântica, que governa o microcosmo, seguem as mesmas regras.

“Tudo começou com a compreensão de Hawking de que a área total dos buracos negros no horizonte nunca poderia diminuir”, disse Issey.

Mas, sem buracos negros para experimentar, as idéias do Dr. Hawking não podem ser testadas.

LIGO para o resgate

LIGO vai mudar isso. Essa foi a promessa que Kip Thorne, um físico teórico da Caltech e um dos fundadores do LIGO, fez ao Dr. Hawking em 2003. O novo array será capaz de separar as propriedades dos buracos negros quando o Dr. Ele completou 70 anos em 2012.

“Seu presente é que os detectores de ondas gravitacionais – LIGO, GEO, Virgo e LISA – testarão suas previsões de buracos negros da era de ouro, e você começará a fazer isso bem antes de seu 70º aniversário”, disse Thorne recentemente. .

Demorou mais do que isso – até 14 de setembro de 2015 – para o LIGO observar seu primeiro evento histórico: a colisão de dois buracos negros. Ao comparar os padrões de ondas detectados com simulações de computador, a equipe do LIGO concluiu que um dos buracos negros era 36 vezes maior que o nosso sol e o outro era 29 vezes maior – equivalente a um total de 65 sóis. A colisão resultou em um novo buraco negro com uma massa de cerca de 62 sóis. Três sóis de energia desapareceram nas ondas gravitacionais que sacudiram o universo.

A observação não apenas confirmou a existência de ondas gravitacionais, como Einstein previu 100 anos atrás, mas forneceu a primeira evidência direta de buracos negros.

Uma cópia vazada do documento de descoberta chegou ao Dr. Hawking alguns dias antes do anúncio oficial dos resultados. Ele ficou surpreso ao não encontrar nenhuma menção às quatro leis da mecânica dos buracos negros, ou à possibilidade de que a descoberta servisse como um teste para elas. Ele mandou uma mensagem para o Dr. Thorne no Skype, o autor do artigo.

“Stephen está totalmente pasmo”, escreveu o Dr. Thorne aos colegas.

Ninguém pensou em verificar as leis da mecânica dos buracos negros e era tarde demais para acrescentar qualquer coisa ao jornal. Além disso, como o Dr. Thorne explicou recentemente, os dados eram muito barulhentos para medir o tamanho de um buraco negro recém-formado bem o suficiente para confirmar a teoria do Dr. Hawking.

Em 2017, o Dr. Geisler, um estudante graduado da Caltech, e seus colegas usaram simulações numéricas de buracos negros em colisão para olhar mais profundamente para o vórtice do Juízo Final.

Quando um buraco negro recém-fundido se forma, ele vibra. Como o tambor, ele gera um tom básico, bem como harmônicos – tonalidades ou tons básicos. O Dr. Geisler descobriu que os tons secundários revelaram-se surpreendentemente altos no início do processo de fusão. Usando esses tons, em 2019 ele e seus colegas Prove a teoria “sem cabelo”, que afirma que os buracos negros só podem ser descritos por três parâmetros.

Neste verão, eles foram capazes de estender o escopo de sua análise, explorando um grau significativo do novo buraco negro para medir seu tamanho. Eles concluíram que a área do horizonte de eventos do novo buraco negro aumentou, como o Dr. Hawking havia previsto.

Sonhos nobel

Isso teria rendido ao Dr. Hawking um Prêmio Nobel se ele ainda estivesse vivo?

“Não me sinto confortável especulando”, disse o Dr. Thorne, que compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 2017 por seu papel no desenvolvimento do LIGO.

Andrew Strominger, da Harvard University, um colaborador de longa data do Dr. Hawking, disse: “Não estou a par das deliberações do Comitê do Nobel, mas Hawking realmente teria sido incluído neste prêmio se estivesse vivo. Experiências recentes farão o caso ainda mais forte. ”

Daniel Holz, um astrofísico da Universidade de Chicago que faz parte da colaboração do LIGO, mas não da equipe do Dr. Essie, descreveu o resultado como “absolutamente notável”.

“Pode-se dizer que é uma confirmação observacional de uma de suas previsões”, disse ele. “Espero que o Comitê do Nobel tenha percebido isso.”

O prêmio de física sempre gravitou em torno de descobertas práticas e experimentais; Até Einstein ganhou o prêmio por explicar o efeito fotoelétrico, não pela relatividade. O ponto mais avançado que o Comitê Nobel de Astrofísica Teórica alcançou recentemente foi em 2020, quando Roger Penrose, da Universidade de Oxford, recebeu um prêmio por provar que buracos negros eram possíveis no universo.

Mas ele dividiu o prêmio com dois astrônomos, Reinhard Genzel, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, e Andrea Geese, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, e ambos estudaram o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.

Mesmo que o Dr. Hawking ainda estivesse vivo quando a teoria da região do buraco negro foi provada, teria sido difícil encaixá-lo – o Prêmio Nobel poderia ser concedido a três pessoas no máximo. E o que dizer do Dr. Bardeen e do Dr. Carter, co-autores do Dr. Hawking? E a equipe do Dr. Issey?

O Dr. Hawking não seria o primeiro cientista a morrer muito cedo para receber o Prêmio Nobel.

Michael Turner, um cosmologista proeminente agora na Fundação Kavli em Los Angeles, escreveu em um e-mail, referindo-se ao astrônomo Edwin Hubble, que descobriu o universo em expansão. “Mas ele morreu primeiro.”

Robert Prout, um físico teórico da Université Libres de Brussels, provavelmente teria sido incluído no Prêmio Nobel de 2013 por ter previsto a existência do bóson de Higgs, junto com seu colega François Englert e Peter Higgs da Universidade de Edimburgo, se ele não foi. Ele morreu em 2011.

Ronald Drever, da University of Glasgow, um dos fundadores do LIGO, teria dividido o Prêmio Nobel de 2017 com o Dr. Thorne e Rainer Weiss do Massachusetts Institute of Technology se ele não tivesse morrido no início de 2017. Seu lugar foi ocupado por Barry C. Freguesia do Caltech.

O Dr. Hawking repousa ao lado de Isaac Newton e Charles Darwin na Abadia de Westminster. Talvez seja melhor do que passar o inverno em Estocolmo.