Os buracos de minhoca são frequentemente imaginados como túneis através do espaço ou do tempo — atalhos pelo universo. Mas essa imagem se baseia em uma interpretação equivocada do trabalho dos físicos Albert Einstein e Nathan Rosen.

Em 1935, enquanto estudavam o comportamento de partículas em regiões de gravidade extrema, Einstein e Rosen introduziram o que chamaram de "ponte" : uma ligação matemática entre duas cópias perfeitamente simétricas do espaço-tempo. Não se tratava de uma passagem para viagens, mas sim de uma forma de manter a consistência entre a gravidade e a física quântica. Somente mais tarde as pontes de Einstein-Rosen passaram a ser associadas a buracos de minhoca, apesar de terem pouca relação com a ideia original.

Mas, em uma nova pesquisa publicada na revista Classical and Quantum Gravity , meus colegas e eu mostramos que a ponte original de Einstein-Rosen aponta para algo muito mais estranho — e mais fundamental — do que um buraco de minhoca.

O enigma que Einstein e Rosen estavam tentando resolver nunca foi sobre viagens espaciais, mas sim sobre como os campos quânticos se comportam no espaço-tempo curvo. Interpretada dessa forma, a ponte de Einstein-Rosen funciona como um espelho no espaço-tempo: uma conexão entre duas flechas microscópicas do tempo.

A mecânica quântica rege a natureza nas menores escalas, como as partículas, enquanto a teoria da relatividade geral de Einstein se aplica à gravidade e ao espaço-tempo. Conciliar as duas continua sendo um dos maiores desafios da física. E, de forma empolgante, nossa reinterpretação pode oferecer um caminho para isso.

A interpretação do "buraco de minhoca" surgiu décadas depois do trabalho de Einstein e Rosen, quando os físicos especularam sobre a travessia de um lado do espaço-tempo para o outro, principalmente nas pesquisas do final da década de 1980 .

Mas essas mesmas análises também deixaram claro o quão especulativa era a ideia: dentro da relatividade geral, tal jornada é proibida. A ponte se fecha mais rápido do que a luz consegue atravessá-la, tornando-a intransitável. As pontes de Einstein-Rosen são, portanto, instáveis e inobserváveis — estruturas matemáticas, não portais.

Contudo, a metáfora do buraco de minhoca floresceu na cultura popular e na física teórica especulativa. A ideia de que buracos negros poderiam conectar regiões distantes do cosmos — ou até mesmo funcionar como máquinas do tempo — inspirou inúmeros artigos, livros e filmes.

No entanto, não há evidências observacionais de buracos de minhoca macroscópicos, nem qualquer razão teórica convincente para esperá-los dentro da teoria de Einstein. Embora extensões especulativas da física — como formas exóticas de matéria ou modificações da relatividade geral — tenham sido propostas para sustentar tais estruturas, elas permanecem não testadas e altamente conjecturais.

Nosso trabalho recente revisita o enigma da ponte de Einstein-Rosen usando uma interpretação quântica moderna do tempo, baseada em ideias desenvolvidas por Sravan Kumar e João Marto.

A maioria das leis fundamentais da física não distingue entre passado e futuro, ou entre esquerda e direita. Se o tempo ou o espaço forem invertidos em suas equações, as leis permanecem válidas. Levar essas simetrias a sério conduz a uma interpretação diferente da ponte de Einstein-Rosen.

Em vez de um túnel através do espaço, pode ser entendido como dois componentes complementares de um estado quântico. Em um, o tempo flui para a frente; no outro, flui para trás a partir de sua posição refletida no espelho.

Essa simetria não é uma preferência filosófica. Uma vez excluídas as infinitudes, a evolução quântica deve permanecer completa e reversível em nível microscópico — mesmo na presença da gravidade.

A "ponte" expressa o fato de que ambas as componentes temporais são necessárias para descrever um sistema físico completo. Em situações comuns, os físicos ignoram a componente temporal invertida, optando por uma única seta do tempo.

Mas perto de buracos negros, ou em universos em expansão e colapso, ambas as direções devem ser consideradas para uma descrição quântica consistente. É aqui que as pontes de Einstein-Rosen surgem naturalmente.

Em nível microscópico, a ponte permite que a informação atravesse o que nos parece um horizonte de eventos — um ponto sem retorno. A informação não desaparece; ela continua evoluindo, mas na direção temporal oposta, espelhada.

Essa estrutura oferece uma resolução natural para o famoso paradoxo da informação do buraco negro. Em 1974, Stephen Hawking demonstrou que os buracos negros irradiam calor e podem eventualmente evaporar, aparentemente apagando toda a informação sobre o que caiu neles — contradizendo o princípio quântico de que a evolução deve preservar a informação.

O paradoxo surge apenas se insistirmos em descrever horizontes usando uma única seta unilateral do tempo extrapolada para o infinito — uma suposição que a própria mecânica quântica não exige.

Se a descrição quântica completa incluir ambas as direções temporais, nada se perde de fato. A informação deixa nossa direção temporal e reaparece na direção inversa. A completude e a causalidade são preservadas, sem a necessidade de recorrer a uma nova física exótica.

Essas ideias são difíceis de compreender porque somos seres macroscópicos que experimentam apenas uma direção do tempo. Em escalas cotidianas, a desordem — ou entropia — tende a aumentar. Um estado altamente ordenado evolui naturalmente para um estado desordenado, e nunca o contrário. Isso nos dá uma flecha do tempo.

Mas a mecânica quântica permite comportamentos mais sutis. Curiosamente, evidências dessa estrutura oculta podem já existir. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas — o brilho residual do Big Bang — apresenta uma assimetria pequena, porém persistente : uma preferência por uma orientação espacial em relação à sua imagem espelhada.

Essa anomalia intriga os cosmólogos há duas décadas. Os modelos padrão atribuem a ela uma probabilidade extremamente baixa, a menos que componentes quânticos de espelho sejam incluídos.

Essa imagem se conecta naturalmente a uma possibilidade mais profunda. O que chamamos de "Big Bang" pode não ter sido o início absoluto, mas sim um salto — uma transição quântica entre duas fases da evolução cósmica com o tempo invertido.

Nesse cenário, os buracos negros poderiam servir como pontes não apenas entre direções temporais, mas também entre diferentes épocas cosmológicas. Nosso universo poderia ser o interior de um buraco negro formado em outro cosmos, um cosmos progenitor. Este poderia ter se formado quando uma região fechada do espaço-tempo colapsou, retornou à sua forma original e começou a se expandir, dando origem ao universo que observamos hoje.

Se essa imagem estiver correta, ela também oferece uma maneira para as observações chegarem a uma conclusão. Relíquias da fase pré-rebote — como buracos negros menores — poderiam sobreviver à transição e reaparecer em nosso universo em expansão. Parte da matéria invisível que atribuímos à matéria escura poderia, na verdade, ser composta por tais relíquias.

Nessa perspectiva, o Big Bang evoluiu a partir de condições em uma contração precedente. Buracos de minhoca não são necessários: a ponte é temporal, não espacial — e o Big Bang se torna um portal, não um começo.

Esta reinterpretação das pontes de Einstein-Rosen não oferece atalhos através das galáxias, nem viagens no tempo, nem buracos de minhoca ou hiperespaço de ficção científica. O que ela oferece é muito mais profundo. Oferece uma imagem quântica consistente da gravidade, na qual o espaço-tempo incorpora um equilíbrio entre direções opostas do tempo — e onde o nosso universo pode ter tido uma história anterior ao Big Bang.

Não invalida a relatividade de Einstein nem a física quântica — pelo contrário, as complementa. A próxima revolução na física pode não nos levar a viajar mais rápido que a luz, mas poderá revelar que o tempo, nas profundezas do mundo microscópico e em um universo em constante movimento, flui em ambas as direções.