fig. 6.1
Para se compreender o que se veria se estivéssemos a observar o colapso de uma estrela e a consequente formação de um buraco negro, é necessário lembrar que na teoria da relatividade não há tempo absoluto. Cada observador tem a sua própria medida do tempo. O tempo para alguém numa estrela será diferente do tempo para alguém à distância, devido ao campo gravitacional da estrela. Suponhamos que um astronauta intrépido, na superfície de uma estrela em colapso, é arrastado para dentro com ela e envia um sinal de segundo a segundo, conforme o seu relógio, para a nave espacial em órbita em redor da estrela. Em certo momento no seu relógio, às 11 h 00 m, por exemplo, a estrela contrair-se-ia abaixo do raio crítico em que o campo gravitacional se torna tão forte que nada consegue escapar-se e os sinais já não chegariam à nave espacial. À medida que as 11 h 00 m se aproximavam, os companheiros que o observavam da nave achariam que os sinais estavam a ser enviados com intervalos cada vez maiores, mas esse efeito seria muito pequeno antes das 10h 59m 59s. Teriam de esperar apenas um nadinha mais do que um segundo entre o sinal do astronauta às 10 h 59 m 58 s e o que enviasse quando o seu relógio marcasse 10h 59m 59 s, mas teriam de esperar para sempre pelo sinal das 11 h 00 m. As ondas de luz emitidas da superfície da estrela entre as 10 h 59 m 59 s e as 11 h 00 m, :, segundo o relógio do astronauta, distribuir-se-iam num período de tempo infinito, no caso da observação feita a partir da nave espacial. O intervalo de tempo entre a chegada de ondas sucessivas à nave seria cada vez mais longo, de modo que a luz da estrela pareceria cada vez mais vermelha e mais fraca. A certa altura, a estrela estaria tão apagada que já não poderia ser vista da nave: a única coisa que restaria seria um buraco negro no espaço. A estrela, contudo, continuaria a exercer a mesma força gravitacional sobre a nave, que continuaria, por sua vez, a orbitar em torno do buraco negro.
Este cenário não é inteiramente realista, por causa do seguinte problema: a gravidade torna-se tanto mais fraca quanto mais longe se está da estrela, de modo que a força gravitacional exercida sobre os pés do intrépido astronauta seria sempre maior do que a exercida sobre a sua cabeça. Esta diferença de forças esticaria o nosso astronauta como se fosse esparguete ou destroçá-lo-ia antes de a estrela se ter contraído até ao raio crítico em que se formaria o horizonte de acontecimentos! Contudo, acreditamos que existem no Universo objectos muito maiores, como as regiões centrais das galáxias, que também podem sofrer colapso gravitacional para produzir buracos negros; mas aqui um astronauta não seria desfeito antes da formação do buraco negro (5). Não sentiria mesmo nada de especial quando alcançasse o raio crítico e podia passar o ponto sem regresso sem dar por ele.
(5) Se acontece ficar o leitor intrigado com o facto de uma estrela se comprimir até dimensões absurdamente pequenas para formar um buraco negro, tem aqui um exemplo de como se pode formar um buraco negro em condições bem mais "aceitáveis". Um núcleo galáctico em colapso origina um horizonte ainda a densidade da sua matéria é inferior à densidade da água.
Porém, dentro de muito poucas horas, enquanto a região continuasse em colapso, a diferença :, das forças gravitacionais na cabeça e nos pés do astronauta seria tão grande que ele seria desfeito.
O trabalho que Roger Penrose e eu realizámos entre 1965 e 1970 mostrou que, segundo a relatividade geral, deve haver uma singularidade de densidade e curvatura do espaço-tempo infinitas no interior de um buraco negro. É muito parecido com o *big bang* no começo dos tempos, só que seria o fim do tempo para o corpo em colapso e para o astronauta. Com esta singularidade, as leis da física e a nossa capacidade de predizer o futuro seriam anuladas. Todavia, qualquer observador que ficasse fora do buraco negro não seria afectado por essa falha de prognóstico, porque nem a luz nem qualquer outro sinal proveniente da singularidade poderia chegar até ele. Este facto notável levou Penrose a propor a hipótese da censura cósmica, que podia ser parafraseada como "Deus detesta uma singularidade nua". Por outras palavras, as singularidades produzidas por colapso gravitacional ocorrem apenas em locais como os buracos negros, onde ficam convenientemente escondidas de vistas exteriores por um horizonte de acontecimentos. Isto é estritamente aquilo que é conhecido como censura cósmica fraca: protege os observadores que ficam fora do buraco negro das consequências da falha de prognóstico que ocorre na singularidade, mas nada faz pelo pobre infeliz astronauta que cai no buraco.
Existem algumas soluções das equações da relatividade geral em que o nosso astronauta pode ver uma singularidade nua: pode evitar atingi-la se cair através de um "buraco lagarta" e sair noutra região do Universo. Isto ofereceria grandes possibilidades para viajar no espaço e no tempo, mas infelizmente parece que estas soluções podem ser todas altamente instáveis; a menor perturbação, tal como a presença de um astronauta, pode causar tais modificações que o astronauta não poderia ver a singularidade até atingi-la e chegaria ao fim dos seus dias. Por outras :, palavras, a singularidade estaria sempre no seu futuro e nunca no passado. A versão forte da hipótese da censura cósmica afirma que, numa solução realista, as singularidades estarão sempre completamente no futuro (como as singularidades de colapso gravitacional) ou inteiramente no passado (como o *big bang*). É de esperar sinceramente que alguma versão da hipótese da censura tenha consistência, porque perto de singularidades nuas talvez se possa viajar para o passado. Mas, ao mesmo tempo que isto seria óptimo para os escritores de ficção científica, significaria que a vida das pessoas nunca estaria segura: alguém podia ir até ao passado e matar o pai ou a mãe de alguém antes de essa pessoa ser concebida!
O horizonte de acontecimentos, a fronteira da região do espaço-tempo da qual não é possível escapar, actua como uma membrana num sentido único em redor do buraco negro: os objectos, tais como astronautas desprevenidos, podem cair através do horizonte de acontecimentos para dentro do buraco negro, mas nada pode sair dele através do horizonte de acontecimentos (convém lembrar que o horizonte de acontecimentos é o caminho que a luz segue no espaço-tempo ao tentar escapar do buraco negro, e que nada se propaga mais depressa que a luz). Podia perfeitamente dizer-se do horizonte de acontecimentos o mesmo que o poeta Dante disse da porta do Inferno: "Deixai toda a esperança, vós que entrais". Qualquer coisa ou pessoa que caia através do horizonte de acontecimentos depressa alcançará a região de densidade infinita e o fim do tempo.
A relatividade geral prediz que objectos pesados, em movimento, causarão a emissão de ondas gravitacionais; são ondas na curvatura do espaço que se propagam à velocidade da luz. São semelhantes às ondas luminosas que são uma ondulação do campo electromagnético, mas são muito mais difíceis de detectar. Tal como a luz, estas ondas transportam :, energia proveniente dos objectos que as emitem. Esperar-se-ia, portanto, que um sistema de objectos maciços se instale eventualmente num estado estacionário, porque a energia do movimento seria consumida na emissão de ondas gravitacionais. (Parecido com isto é o que acontece quando se deixa cair uma rolha de cortiça na água: primeiro anda para baixo e para cima, mas à medida que a ondulação lhe retira energia, acaba por se reestabelecer o equilíbrio). Por exemplo, o movimento da Terra na sua órbita em redor do Sol produz ondas gravitacionais. O efeito da perda de energia será o de mudar a órbita da Terra, de modo a que esta se aproxime gradualmente do Sol, colidindo eventualmente com ele até acabar por ficar num estado estacionário. A taxa de energia perdida no caso da Terra e do Sol é muito pequena: cerca do suficiente para fazer funcionar um pequeno aquecedor eléctrico. Isto significa que serão precisos mil milhões de milhões de milhões de anos para a Terra colidir com o Sol, pelo que não há motivo imediato para preocupação! A perturbação da órbita da Terra é demasiado lenta para poder ser observada, mas este mesmo efeito tem sido observado durante os últimos anos no sistema chamado PSR 1913 + 16 (*PSR* é a sigla de "pulsar", um tipo especial de estrela de neutrões que emite pulsações regulares de ondas de rádio). Este sistema contém duas estrelas de neutrões que orbitam em torno uma da outra, e a energia que estão a perder pela emissão de ondas gravitacionais faz com que tenham um movimento espiralado na direcção uma da outra.