Estudo propõe nova metodologia para mensurar a entropia de buracos negros fora de equilíbrio

Um novo estudo publicado na revista *Physical Review Letters* propõe uma solução para a limitação das leis da mecânica dos buracos negros formuladas por Stephen Hawking há mais de cinco décadas. A pesquisa, liderada por Abhay Ashtekar, professor emérito de física na Eberly College of Science da Universidade Estadual da Pensilvânia, apresenta uma metodologia alternativa para mensurar a entropia de buracos negros que não se encontram em estado de equilíbrio.

Desde a década de 1970, as leis que integram a relatividade geral, a mecânica quântica e a termodinâmica eram aplicáveis majoritariamente a buracos negros estáveis. Contudo, a natureza desses objetos é dinâmica, envolvendo processos de nascimento, crescimento, fusão e a evaporação prevista pela física quântica. A abordagem anterior vinculava a entropia à área do horizonte de eventos — a fronteira de onde a luz não escapa —, o que permitiu a Hawking associar esses corpos a temperatura e radiação, afastando a ideia de que seriam inertes e totalmente escuros.

Essa correlação, porém, gera a chamada questão teleológica. Jonathan Shu, coautor do artigo e doutorando em física na Universidade Estadual da Pensilvânia, explica que, em cenários dinâmicos, os horizontes de eventos podem expandir-se em regiões planas do espaço-tempo. Isso torna as propriedades do objeto dependentes de eventos futuros, e não apenas da física local, impedindo que a área do horizonte de eventos sirva como uma medida física plena da entropia em sistemas que mudam com o tempo.

Para superar essa barreira e analisar com precisão a evaporação e a fusão de buracos negros, a equipe substituiu o horizonte de eventos pelos horizontes dinâmicos, ferramenta já empregada em simulações numéricas. Diferente do modelo clássico, os horizontes dinâmicos são definidos por características físicas instantâneas do objeto, como a rotação e a energia, resultando em uma entropia alinhada ao comportamento real do sistema sem a necessidade de antecipar a evolução do espaço-tempo.

A nova abordagem possibilita a extensão da primeira e da segunda lei da termodinâmica para buracos negros fora de equilíbrio. Segundo Ashtekar, a aplicação dessas leis generalizadas amplia a compreensão sobre a evaporação quântica e as fusões de buracos negros, como as registradas por ondas gravitacionais pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA.