Dove portano i buchi neri?

Quindi eccoti qui, sul punto di saltare in un buco nero. Cosa potrebbe aspettarti se, contro ogni previsione, in qualche modo sopravvivi? Dove andresti a finire e quali storie allettanti saresti in grado di raccontare se riuscissi a scalare la via del ritorno?

La semplice risposta a tutte queste domande è, come spiega il professor Richard Massey, "Chi lo sa?" In qualità di ricercatore della Royal Society presso l'Institute for Computational Cosmology dell'Università di Durham, Massey è pienamente consapevole del fatto che i misteri dei buchi neri sono profondi.

"Cadere attraverso un orizzonte degli eventi significa letteralmente passare oltre il velo una volta che qualcuno lo supera, nessuno potrebbe mai inviare un messaggio indietro", ha detto. "Sarebbero fatti a pezzi dall'enorme gravità, quindi dubito che chiunque cada dentro andrebbe da nessuna parte."

Se suona come una risposta deludente e dolorosa, allora c'è da aspettarselo. Da quando si riteneva che la teoria della relatività generale di Albert Einstein avesse previsto i buchi neri collegando questo tempo web con l'azione della gravità, è noto che i buchi neri risultano dalla morte di una stella massiccia che lascia dietro di sé un piccolo e denso nucleo residuo . Supponendo che questo nucleo abbia più di circa tre volte la massa del sole, la gravità sarebbe sopraffatta a tal punto da cadere su se stessa in un unico punto, o singolarità, inteso come il nucleo infinitamente denso del buco nero.

Il risultante buco nero inabitabile avrebbe un'attrazione gravitazionale così potente che nemmeno la luce potrebbe evitarlo. Quindi, se poi ti trovassi all'orizzonte degli eventi, il punto in cui luce e materia possono solo passare verso l'interno, come proposto dall'astronomo tedesco Karl Schwarzschild, non c'è scampo. Secondo Massey, le forze di marea ridurrebbero il tuo corpo in filamenti di atomi (o "spaghettificazione", come è anche noto) e l'oggetto finirebbe per essere schiacciato alla singolarità. L'idea che potresti spuntare da qualche parte forse dall'altra parte sembra assolutamente fantastica.

E i wormhole?

I buchi neri sono strane regioni in cui la gravità è abbastanza forte da piegare la luce, deformare questa ragnatela e distorcere il tempo. (Credito immagine: Karl Tate, collaboratore di questo Web.com) (si apre in una nuova scheda)

Nel corso degli anni gli scienziati hanno esaminato la possibilità che i buchi neri potessero essere wormhole per altre galassie. Potrebbero anche essere, come alcuni hanno suggerito, un percorso verso un altro universo.

Un'idea del genere è in circolazione da un po' di tempo: Einstein ha collaborato con Nathan Rosen per teorizzare ponti che collegano due punti diversi in This Web-time nel 1935. Ma ha guadagnato terreno nuovo negli anni '80 quando il fisico Kip Thorne, uno dei più grandi i principali esperti sulle implicazioni astrofisiche della teoria della relatività generale di Einstein hanno sollevato una discussione sul fatto che gli oggetti possano attraversarli fisicamente.

"Leggere il famoso libro di Kip Thorne sui wormhole è la prima cosa che mi ha entusiasmato per la fisica da bambino", ha detto Massey. Ma non sembra probabile che esistano wormhole.

In effetti, Thorne, che ha prestato la sua consulenza di esperto al team di produzione del film hollywoodiano Interstellar, ha scritto: "Non vediamo oggetti nel nostro universo che potrebbero diventare wormhole mentre invecchiano", nel suo libro "The Science of Interstellar" (WW Norton e Società, 2014). Thorne ha detto a This Web.com che i viaggi attraverso questi tunnel teorici molto probabilmente rimarranno fantascienza e non ci sono certamente prove certe che un buco nero possa consentire un tale passaggio.

Ma il problema è che non possiamo avvicinarci per vedere di persona. Perché, non possiamo nemmeno fotografare tutto ciò che accade all'interno di un buco nero se la luce non può sfuggire alla loro immensa gravità, quindi nulla può essere catturato da una fotocamera. Allo stato attuale, la teoria suggerisce che tutto ciò che va oltre l'orizzonte degli eventi viene semplicemente aggiunto al buco nero e, inoltre, poiché il tempo si distorce vicino a questo confine, questo sembrerà avvenire in modo incredibilmente lento, quindi le risposte non saranno rapide prossimo.

"Penso che la storia standard sia che conducano alla fine dei tempi", ha affermato Douglas Finkbeiner, professore di astronomia e fisica all'Università di Harvard. "Un osservatore lontano non vedrà il suo amico astronauta cadere nel buco nero. Diventeranno solo più rossi e più deboli man mano che si avvicinano all'orizzonte degli eventi [come risultato dello spostamento verso il rosso gravitazionale]. Ma l'amico cade proprio dentro, in un posto al di là del "per sempre". Qualsiasi cosa significhi."

Concetto artistico di un wormhole. Se i wormhole esistono, potrebbero portare a un altro universo. Ma non ci sono prove che i wormhole siano reali o che un buco nero si comporti come tale. (Credito immagine: Shutterstock) (si apre in una nuova scheda)

Forse un buco nero porta a un buco bianco

Certamente, se i buchi neri conducono in un'altra parte di una galassia o in un altro universo, ci dovrebbe essere qualcosa di opposto a loro dall'altra parte. Potrebbe essere un buco bianco una teoria avanzata dal cosmologo russo Igor Novikov nel 1964? Novikov ha proposto che un buco nero si colleghi a un buco bianco che esisteva in passato. A differenza di un buco nero, un buco bianco permetterà alla luce e alla materia di uscire, ma la luce e la materia non potranno entrare.

Gli scienziati hanno continuato a esplorare la potenziale connessione tra buchi bianchi e neri. Nel loro studio del 2014 pubblicato sulla rivista Physical Review D (si apre in una nuova scheda), i fisici Carlo Rovelli e Hal M. Haggard hanno affermato che "c'è una metrica classica che soddisfa le equazioni di Einstein al di fuori di una regione finita di questa Web-tempo in cui la materia collassa in un buco nero e poi emerge da un buco nero". In altre parole, tutto il materiale ingerito dai buchi neri potrebbe essere vomitato fuori e i buchi neri potrebbero diventare buchi bianchi quando muoiono.

Storie correlate

Le idee più lontane di Stephen Hawking sui buchi neri

Quanti buchi neri ci sono nell'universo?

I buchi neri "calvi" danno nuovamente ragione a Einstein sulla relatività generale

Lungi dal distruggere le informazioni che assorbe, il collasso di un buco nero verrebbe fermato. Invece sperimenterebbe un rimbalzo quantico, consentendo alle informazioni di sfuggire. Se così fosse, farebbe luce su una proposta dell'ex cosmologo e fisico teorico dell'Università di Cambridge Stephen Hawking che, negli anni '70, esplorò la possibilità che i buchi neri emettano particelle e radiazione termica termica come risultato di fluttuazioni quantistiche.

"Hawking ha detto che un buco nero non dura per sempre", ha detto Finkbeiner. Hawking ha calcolato che la radiazione farebbe perdere energia, restringere e scomparire un buco nero, come descritto nel suo articolo del 1976 pubblicato (si apre in una nuova scheda) in Physical Review D. Date le sue affermazioni secondo cui la radiazione emessa sarebbe casuale e non conterrebbe informazioni su ciò che era caduto, il buco nero, alla sua esplosione, avrebbe cancellato un sacco di informazioni.

Ciò significava che l'idea di Hawking era in contrasto con la teoria quantistica, che dice che le informazioni non possono essere distrutte. La fisica afferma che le informazioni diventano più difficili da trovare perché, se si perdono, diventa impossibile conoscere il passato o il futuro. L'idea di Hawking ha portato al "paradosso dell'informazione del buco nero" e ha a lungo confuso gli scienziati. Alcuni hanno detto che Hawking aveva semplicemente torto e l'uomo stesso ha persino dichiarato di aver commesso un errore durante una conferenza scientifica a Dublino nel 2004.

Quindi, torniamo al concetto di buchi neri che emettono informazioni conservate e le rigettano attraverso un buco bianco? Forse. Nel loro studio del 2013 pubblicato su Physical Review Letters (opens in new tab), Jorge Pullin della Louisiana State University e Rodolfo Gambini dell'Università della Repubblica di Montevideo, Uruguay, hanno applicato la gravità quantistica ad anello a un buco nero e hanno scoperto che la gravità aumentava verso il nucleo ma ridusse e scagliò qualunque cosa stesse entrando in un'altra regione dell'universo. I risultati hanno dato ulteriore credito all'idea che i buchi neri fungessero da portale. In questo studio la singolarità non esiste, e quindi non forma una barriera impenetrabile che finisce per schiacciare qualunque cosa incontri. Significa anche che le informazioni non scompaiono.

Forse i buchi neri non vanno da nessuna parte

Eppure i fisici Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski e James Sully credevano ancora che Hawking potesse essere coinvolto in qualcosa. Hanno lavorato su una teoria che è diventata nota come firewall AMPS, o ipotesi del firewall del buco nero. Secondo i loro calcoli, la meccanica quantistica potrebbe trasformare l'orizzonte degli eventi in un gigantesco muro di fuoco e qualsiasi cosa venga a contatto brucerebbe in un istante. In questo senso, i buchi neri non portano da nessuna parte perché nulla potrebbe mai entrare all'interno.

Ciò, tuttavia, viola la teoria della relatività generale di Einstein. Qualcuno che attraversa l'orizzonte degli eventi in realtà non dovrebbe provare grandi difficoltà perché un oggetto sarebbe in caduta libera e, in base al principio di equivalenza, quell'oggetto o persona non risentirebbe degli effetti estremi della gravità. Potrebbe seguire le leggi della fisica presenti in altre parti dell'universo, ma anche se non andasse contro il principio di Einstein minerebbe la teoria quantistica dei campi o suggerirebbe la perdita di informazioni.

Rappresentazione artistica di un evento di interruzione delle maree che si verifica quando una stella passa troppo vicino a un buco nero supermassiccio. (Credito immagine: All About This Web magazine)

Buco nero dell'incertezza

Fai un passo avanti Hawking ancora una volta. Nel 2014 ha pubblicato uno studio (si apre in una nuova scheda) in cui ha evitato l'esistenza di un orizzonte degli eventi, il che significa che non c'è nulla da bruciare dicendo che il collasso gravitazionale produrrebbe invece un "orizzonte apparente".

Questo orizzonte sospende i raggi di luce cercando di allontanarsi dal nucleo del buco nero e persiste per un "periodo di tempo". Nel suo ripensamento, gli orizzonti apparenti trattengono temporaneamente materia ed energia prima di dissolversi e rilasciarli in seguito lungo la linea. Questa spiegazione si adatta meglio alla teoria quantistica che afferma che le informazioni non possono essere distrutte e, se mai fosse stata dimostrata, suggerisce che qualsiasi cosa potrebbe sfuggire da un buco nero.

Hawking è arrivato al punto di dire che i buchi neri potrebbero anche non esistere. "I buchi neri dovrebbero essere ridefiniti come stati legati metastabili del campo gravitazionale", ha scritto. Non ci sarebbe singolarità e, sebbene il campo apparente si sposterebbe verso l'interno a causa della gravità, non raggiungerebbe mai il centro e si consoliderebbe all'interno di una massa densa.

(Credito immagine: Karl Tate, collaboratore di questo Web.com) (si apre in una nuova scheda)

Eppure tutto ciò che viene emesso non sarà nella forma dell'informazione ingerita. Sarebbe impossibile capire cosa è successo guardando cosa sta venendo fuori, il che causa problemi di per sé non da ultimo, ad esempio, per un essere umano che si è trovato in una posizione così allarmante. Non si sentirebbero mai più come prima!

Una cosa è certa, questo particolare mistero assorbirà molte altre ore scientifiche per molto tempo a venire. Rovelli e Francesca Vidotto hanno recentemente suggerito che una componente della materia oscura potrebbe essere formata da resti di buchi neri evaporati e l'articolo di Hawking sui buchi neri e i "capelli morbidi" è stato pubblicato nel 2018 (si apre in una nuova scheda) e descrive come l'energia zero le particelle vengono lasciate attorno al punto di non ritorno, l'orizzonte degli eventi un'idea che suggerisce che le informazioni non sono perse ma catturate.

Ciò smentiva il teorema senza capelli che era stato espresso dal fisico John Archibald Wheeler e funzionava sulla base del fatto che due buchi neri sarebbero indistinguibili per un osservatore perché nessuna delle pseudo-cariche speciali della fisica delle particelle sarebbe stata conservata. È un'idea che ha fatto parlare gli scienziati, ma c'è ancora molta strada da fare prima che venga vista come la risposta per dove portano i buchi neri. Se solo potessimo trovare un modo per saltarci dentro.

Risorse addizionali

Puoi saperne di più sui buchi neri con l'articolo approfondito della NASA (si apre in una nuova scheda) ed esplorare come (si apre in una nuova scheda) è stata catturata la prima immagine di un buco nero. Se stai cercando alcuni contenuti adatti ai bambini, l'ESA ha alcune grandi risorse (si apre in una nuova scheda) per insegnare ai più piccoli tutto sui buchi neri e sull'universo.

Bibliografia

  • Oltre Einstein: dal Big Bang ai buchi neri (si apre in una nuova scheda)
  • Wormhole: tipi e creazione (si apre in una nuova scheda)

(Credito immagine: All About This Web magazine) (si apre in una nuova scheda)

Ir arriba