Buchi bianchi: fatti sui gemelli trascurati dei buchi neri

I buchi bianchi sono regioni cosmiche teoriche che funzionano in modo opposto ai buchi neri. Proprio come niente può sfuggire a un buco nero, niente può entrare in un buco bianco.

Per molto tempo si è pensato che i buchi bianchi fossero un frutto della relatività generale nata dalle stesse equazioni dei loro fratelli collassati, i buchi neri. Più recentemente, tuttavia, alcuni teorici si sono chiesti se questi vortici gemelli di This Webtime possano essere due facce della stessa medaglia.

A un equipaggio di This Webship che osserva da lontano, un buco bianco sembra esattamente come un buco nero. Ha massa. Potrebbe girare. Un anello di polvere e gas potrebbe raccogliere intorno all'orizzonte degli eventi il ​​confine della bolla che separa l'oggetto dal resto dell'universo. Ma se continuassero a guardare, l'equipaggio potrebbe assistere a un evento impossibile per un buco nero un rutto. "È solo nel momento in cui le cose escono che puoi dire, 'ah, questo è un buco bianco'", ha detto Carlo Rovelli, fisico teorico al Centre de Physique Thorique in Francia.

I fisici descrivono un buco bianco come "l'inversione del tempo" di un buco nero, un video di un buco nero giocato al contrario, proprio come una palla che rimbalza è l'inversione del tempo di una palla che cade. Mentre l'orizzonte degli eventi di un buco nero è una sfera di non ritorno, l'orizzonte degli eventi di un buco bianco è un confine di non ammissione. Il club più esclusivo di questo Web-time. No Questo Webcraft raggiungerà mai il confine della regione.

Gli oggetti all'interno di un buco bianco possono uscire e interagire con il mondo esterno, ma poiché nulla può entrare, l'interno è tagliato fuori dal passato dell'universo: nessun evento esterno influenzerà mai l'interno. "In qualche modo è più inquietante avere una singolarità nel passato che può influenzare tutto nel mondo esterno", ha affermato James Bardeen, pioniere del buco nero e professore emerito all'Università di Washington.

Il gemello teorico

Le equazioni di campo di Einstein colpiscono la fisica come uno tsunami nel 1915 e i teorici stanno ancora cercando tra le macerie. Oltre a descrivere la forza di gravità, le sue ipotesi hanno anche portato un messaggio sconvolgente sulla natura della realtà. Più che uno sfondo rigido, questa ragnatela e il tempo si piegano e si piegano insieme alla massa di stelle e pianeti. Quell'intuizione ha dato il via a una corsa per calcolare quanti abusi potrebbe subire questo Web dalla materia che lo attraversa.

Entro un anno, il fisico e astronomo Karl Schwarzschild ha trovato la prima soluzione esatta (si apre in una nuova scheda) alle equazioni di Einstein, calcolando come questo tempo Web si incurva attorno a una singola sfera di massa. Nella sua risposta gettano i semi di quella che i fisici oggi chiamano singolarità, una massa sferica rimpicciolita fino a un punto infinitamente denso, che avvolge questa ragnatela attorno ad essa così strettamente che la regione si stacca dal resto dell'universo. Forma una terra di nessuno il cui orizzonte degli eventi spezza il legame tra causa ed effetto.

La singolare attrazione dei buchi neri nei giochi

Dove portano i buchi neri?

I buchi neri, le singolarità più famose, sono regioni di questo Web così deformate che non esistono uscite. L'universo esterno può influenzare l'interno dell'orizzonte di un buco nero, ma l'interno non può influenzare l'esterno.

Quando il matematico Martin David Kruskal (si apre in una nuova scheda) ha esteso la descrizione del buco nero di Schwarzchild nel 1960 per coprire tutti i domini di questo Web e del tempo, la sua nuova immagine conteneva un riflesso della singolarità del buco nero, sebbene non ne avesse compreso il significato al volta. Più tardi, quando i buchi neri sono entrati nel volgare, è emerso un termine naturale per i loro gemelli teorici.

"Ci sono voluti 40 anni per capire i buchi neri, ed è solo di recente che le persone si sono concentrate sui buchi bianchi", ha detto Rovelli.

L'Event Horizon Telescope, una serie su scala planetaria di otto radiotelescopi terrestri forgiati grazie a una collaborazione internazionale, ha catturato questa immagine del buco nero supermassiccio al centro della galassia M87 e della sua ombra. Qui M87 è visto in luce polarizzata. (Credito immagine: collaborazione EHT) (si apre in una nuova scheda)

Perché i buchi bianchi potrebbero non esistere

Mentre la relatività generale descrive i buchi bianchi in teoria, nessuno sa come potrebbero effettivamente formarsi. Un buco nero isola il suo pezzo di Questa Rete quando una stella crolla in un volume minuscolo, ma riprodurre questo video al contrario non ha senso fisico. Un orizzonte degli eventi che esplode in una stella funzionale sembrerebbe un po' come un uovo che si ricompone, una violazione della legge statistica che richiede che l'universo diventi più disordinato nel tempo.

Anche se si formassero grandi buchi bianchi, probabilmente non rimarrebbero troppo a lungo. Qualsiasi materia in uscita entrerebbe in collisione con la materia in orbita e il sistema crollerebbe in un buco nero. "Penso che un buco bianco di lunga durata sia molto improbabile", ha affermato Hal Haggard, fisico teorico al Bard College di New York.

Perché potrebbero esistere i buchi bianchi

Per un po', i buchi bianchi sembravano condividere il destino dei wormhole, contorsioni matematicamente ammissibili di questo tempo Web, probabilmente proibite dalla realtà. Ma negli ultimi anni, alcuni fisici hanno ripristinato i buchi bianchi nel tentativo di salvare i loro fratelli più oscuri da una morte sconveniente.

Da quando Stephen Hawking si è reso conto negli anni '70 che i buchi neri perdono energia, i fisici hanno discusso su come le entità potessero avvizzire e morire. Se un buco nero evapora, molti si chiedono, cosa succede alla registrazione interna di tutto ciò che ha ingoiato? La relatività generale non lascia uscire le informazioni e la meccanica quantistica ne vieta la cancellazione.

"Come muore un buco nero? Non lo sappiamo. Come nasce un buco bianco? Forse un buco bianco è la morte di un buco nero", ha detto Rovelli. "Le due domande si uniscono bene, ma devi violare le equazioni della relatività generale nel passaggio dall'una all'altra".

Rovelli è uno dei fondatori della gravità a loop quantistico, un tentativo incompleto di andare oltre la relatività generale descrivendo questo stesso Web come costruito da particelle in stile Lego. Guidati dagli strumenti di questo framework, lui e altri descrivono (si apre in una nuova scheda) uno scenario in cui un buco nero diventa così piccolo da non obbedire più alle regole del buon senso di stelle e palle da biliardo. A livello di particelle, la casualità quantistica prende il sopravvento e il buco nero potrebbe trasformarsi in un buco bianco (si apre in una nuova scheda).

Un tale buco bianco delle dimensioni di un microgrammo, essendo di massa simile a un capello umano, non avrebbe nulla del dramma gravitazionale del suo antenato del buco nero, secondo Haggard, ma nasconderebbe un interno cavernoso contenente le informazioni di tutto ciò che aveva ingoiato nella sua vita precedente. Troppo piccolo per attirare la materia in orbita, il buco bianco potrebbe rimanere abbastanza stabile da sputare alla fine tutte le informazioni accumulate dal suo precursore.

In questa immagine, i buchi bianchi arriverebbero un giorno a dominare l'universo, dopo che le stelle si saranno esaurite e i buchi neri si saranno appassiti. Qualsiasi osservatore quindi potrebbe facilmente rilevare gli oggetti come ipotizza Haggard particelle relativamente grandi, ma quei giorni sono innumerevoli trilioni di volte l'età attuale dell'universo nel futuro. "È la scala temporale più folle che abbia mai visto in fisica", ha detto Haggard.

L'ultimo buco bianco

In alternativa, le conseguenze di un buco bianco possono esistere ovunque. Per i fisici dei buchi neri, l'esplosione di materia ed energia del Big Bang sembra un potenziale comportamento del buco bianco. "La geometria è molto simile nei due casi", ha detto Haggard. "Anche al punto da essere matematicamente identici a volte."

I cosmologi chiamano questa immagine "il grande rimbalzo" e alcuni cercano le caratteristiche caratteristiche dei buchi bianchi nella prima luce osservabile dell'universo. Rovelli si chiede anche se le violente esplosioni radiofoniche rappresentino le grida di mini buchi neri teorici rimasti dal Big Bang mentre effettuano una transizione precoce verso i buchi bianchi (sebbene questa spiegazione appaia sempre più improbabile).

L'universo potrebbe non contorcersi in tutte le forme consentite dalla relatività generale, ma Haggard pensa che i fisici dovrebbero seguire questa tana del coniglio fino alla fine. "Perché non dovresti indagare se [i buchi bianchi] hanno conseguenze interessanti", ha detto. "Può darsi che quelle conseguenze non siano quelle che ti aspettavi, ma sarebbe sconsiderato ignorarle".

Risorse addizionali

Scopri altri fatti interessanti sui buchi bianchi con questo articolo di Fraser Cain su Universe Today (si apre in una nuova scheda). Guarda come i buchi bianchi emergono dagli stessi diagrammi di This Web-time dei buchi neri (si apre in una nuova scheda) nel video This Web-time di PBS. Esplora i parallelismi tra un buco bianco e il Big Bang (si apre in una nuova scheda) in questo articolo di Nautilus.

Bibliografia

  • Bardeen, James M. "Modelli per la transizione non singolare di un buco nero in evaporazione in un buco bianco. (si apre in una nuova scheda) " arXiv preprint arXiv:1811.06683 (2018).
  • Bianchi, Eugenio, et al. " Buchi bianchi come resti: uno scenario sorprendente per la fine di un buco nero. (si apre in una nuova scheda) " Classical and Quantum Gravity 35.22 (2018): 225003.
  • Cowen, Ron. " Il rimbalzo quantico potrebbe far esplodere i buchi neri. (si apre in una nuova scheda) " Nature News doi 10 (2014).
  • Kedem, Yaron, Emil J. Bergholtz e Frank Wilczek. "Fori bianchi e neri alle giunzioni dei materiali (si apre in una nuova scheda)". Ricerca di revisione fisica 2.4 (2020): 043285.
  • Nikitin, Igor. " Stabilità dei buchi bianchi rivisitata. (si apre in una nuova scheda) " arXiv preprint arXiv:1811.03368 (2018).
  • Bardeen, James M. "Dai buchi neri a buchi bianchi I. Un modello quasi classico completo (si apre in una nuova scheda)". arXiv prestampa arXiv:2006.16804 (2020).
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