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giovedì 20 febbraio 2014

Hawking: cosa sono realmente i buchi neri


Ancora una volta Stephen Hawking, celeberrimo scienziato e matematico britannico, ha sorpreso tutti con la sua affermazione secondo la quale i buchi neri non sarebbero poi così neri. Per comprendere a pieno questa dichiarazione dobbiamo però prima avventurarci nella fisica di un buco nero e nelle varie teorie avanzate negli anni. Già alla fine degli anni 70’, in funzione delle leggi di un corpo nero, Hawking teorizzò un’emissione di radiazioni da parte dei buchi neri, definite “radiazioni di Hawking”. "Un corpo nero riscaldato a una certa temperatura emette radiazioni" questo è quanto la fisica ci insegna. Stranamente le radiazioni emesse da un corpo nero non davano alcuna informazione sul materiale precedentemente caduto dentro. Possiamo immaginare, per rendere tutto più semplice, il buco nero come un distruggidocumenti che ci restituisce la carta, ma strappata ed indecifrabile. Questo comportamento si scontra però con la legge quantistica della conservazione dell’informazione. Per quasi trent’anni quindi gli scienziati hanno tentato di confutare le tesi di Hawking e alla fine… ci ha pensato lui stesso risolvendo (si spera) l’arcano.

Per conciliare la meccanica quantistica con la teoria della relatività, il fisico inglese, ha recentemente messo da parte il concetto di “orizzonte degli eventi”, cioè il confine attorno ai buchi neri dopo il quale quel che è fatto è fatto: nulla torna più indietro. L’ho ha invece sostituito con un più comodo ”orizzonte apparente”. 

In sostanza gli effetti quantistici attorno ai buchi neri provocherebbero fluttuazioni imprevedibili nella struttura spazio-tempo, così da non permettere l’esistenza di una vera e propria linea di confine. Cosa significa? Queste fluttuazioni non sono altro che increspature sulla superficie quadridimensionale dello spazio-tempo. Facendo l'esempio dell'acqua : quando buttiamo un sasso nell'acqua ci è difficile trovare dei punti di riferimento stabili per via delle onde che si creano. Attorno al buco nero succede, più o meno, qualcosa di simile. Dal punto di vista della Relatività generale i due orizzonti sarebbero identici, conservando così le leggi fisiche di Einstein. Ma, da un punto di vista quantistico, l’orizzonte apparente in alcuni casi può anche sparire, lasciando così fuoriuscire radiazioni dal buco nero.

Quindi scompare anche il concetto di buco nero come singolarità spaziale. Aprendo una piccola parentesi: cos’è questa singolarità spaziale? In pratica dobbiamo partire immaginando lo spazio-tempo come un piano disteso. Quando interviene però una massa, spiega Einstein, lo spazio tempo si curva in funzione della grandezza della massa.


  Quando questa massa è concentrata in un singolo punto infinitamente denso, lo spazio-tempo si curva all'infinito. Il tempo cessa quindi di esistere. Questa situazione ( che è la stessa condizione del big bang) è definita singolarità.



Tornando ai buchi neri,  la materia catturata da essi quindi, non precipita e si dissolve al suo centro, ma è solamente trattenuta per un po’ di tempo dentro l’orizzonte apparente. E l’informazione che porta con sé non viene altrettanto distrutta, solo rimescolata alla rinfusa. Ma cosa c'entra questo con il fatto che i buchi neri non sono neri? Ebbene esiste in meccanica quantistica un fenomeno detto entanglment quantistico nel quale due particelle si comportano come fossero una sola. Quando una di queste due particelle entra nel buco nero, l’altra vi sfugge portando via con se una piccola parte dell’energia di quest’ultimo. Energia luminosa. Ecco quindi che i buchi neri non sono più perfettamente neri. Tutto ciò infondo non deve sorprenderci. La legge più importante dell’universo dice che niente è perfetto. L'universo stesso si è potuto formare per alcuni piccoli difetti nella distribuzione nello spazio delle particelle iniziali, difetti che hanno permesso alla gravità di agire creando….. tutto! Per questo, la prossima volta che qualcuno si lamenta di un vostro errore, suggerisce Hawking, rispondete che forse è meglio così, perché senza l’imperfezione né io né voi esisteremmo.