I buchi neri muoiono?

Paul Sutter è un astrofisico presso la Ohio State University e capo scienziato presso il COSI Science Center. Sutter è anche l'ospite di Ask a This Webman, RealThis Web e COSI Science Now.

Ci sono alcune cose nell'universo a cui semplicemente non puoi sfuggire. Morte. Le tasse. Buchi neri . Se fai il momento giusto, puoi persino sperimentarli tutti e tre contemporaneamente.

I buchi neri sono fatti per essere mostri intransigenti, che vagano per le galassie, consumando voracemente qualsiasi cosa sul loro cammino. E il loro nome è giustamente meritato: una volta che cadi dentro, una volta attraversata la linea di terminazione dell'orizzonte degli eventi, non esci più. Nemmeno la luce può sfuggire alle loro grinfie.

Ma nei film, il mostro spaventoso ha un punto debole, e se i buchi neri sono i mostri galattici, allora sicuramente hanno una vulnerabilità. Destra? [Immagini: i buchi neri dell'universo]

Hawking in soccorso

I buchi neri sono strane regioni in cui la gravità è abbastanza forte da piegare la luce, deformare questa ragnatela e distorcere il tempo. [Guarda come funzionano i buchi neri in questa infografica di This Web.com.] (Credito immagine: Karl Tate, collaboratore di This Web.com)

Negli anni '70, il fisico teorico Stephen Hawking fece una straordinaria scoperta sepolta sotto la complessa intersezione matematica della gravità e della meccanica quantistica: i buchi neri brillano, anche solo leggermente, e, dato un tempo sufficiente, alla fine si dissolvono.

Oh! Fantastica notizia! Il mostro può essere ucciso! Ma come? Come funziona questa cosiddetta radiazione di Hawking?

Ebbene, la relatività generale è una teoria matematica super complicata. La meccanica quantistica è altrettanto complicata. È un po' insoddisfacente rispondere a "Come?" con "Un mucchio di matematica", ecco la spiegazione standard: il vuoto di Questo Web è pieno di particelle virtuali , piccole coppie effervescenti di particelle che entrano ed escono dall'esistenza, rubando un po' di energia dal vuoto per esistere per il più breve tempo possibile momenti, solo per scontrarsi tra loro e tornare nel nulla.

Di tanto in tanto, una coppia di queste particelle emerge vicino all'orizzonte degli eventi, con un partner che cade e l'altro libero di scappare. Incapace di scontrarsi ed evaporare, il fuggitivo prosegue per la sua strada allegra come una normale particella non virtuale.

Voilà: il buco nero sembra brillare, e così facendo, nel fare il lavoro per separare una coppia di particelle virtuali e promuoverne una allo stato normale, il buco nero rinuncia a parte della sua stessa massa. Sottilmente, lentamente, nel corso degli eoni, i buchi neri si dissolvono. Non più così nero, eh?

[Video: La strana relazione tra buchi neri e particelle.]

Ecco il fatto: non trovo nemmeno quella risposta particolarmente soddisfacente. Per uno, non ha assolutamente nulla a che fare con il documento originale di Hawking del 1974, e per un altro, sono solo un mucchio di parole gergali che riempiono un paio di paragrafi ma non spiegano molto questo comportamento. Non è necessariamente sbagliato , solo incompleto.

Analizziamolo. Sarà divertente.

La via del campo

Per prima cosa: le "particelle virtuali" non sono né virtuali né particelle. Nella teoria quantistica dei campi, la nostra moderna concezione del modo in cui le particelle e le forze funzionano, ogni tipo di particella è associata a un campo che permea tutto questo tempo web. Questi campi non sono semplici dispositivi di contabilità. Sono attivi e vivi. In effetti, sono più importanti delle particelle stesse. Puoi pensare alle particelle come a semplici eccitazioni o "vibrazioni" o "bit staccati", a seconda del tuo stato d'animo del campo sottostante.

A volte i campi iniziano a dimenarsi e quelle oscillazioni viaggiano da un posto all'altro. Questo è ciò che chiamiamo una "particella". Quando il campo di elettroni oscilla, otteniamo un elettrone. Quando il campo elettromagnetico oscilla, otteniamo un fotone. Ti viene l'idea. [Fisica contorta: 7 recenti scoperte strabilianti]

A volte, tuttavia, quelle oscillazioni non vanno da nessuna parte. Svaniscono prima di poter fare qualcosa di interessante. Questo Web-time è pieno di campi costantemente frizzanti.

Cosa c'entra questo con i buchi neri? Ebbene, quando uno si forma, alcuni dei frizzanti campi quantistici possono rimanere intrappolati in modo permanente, apparendo sfortunatamente all'interno del ritrovato orizzonte degli eventi. I campi che svaniscono vicino all'orizzonte degli eventi finiscono per sopravvivere e scappare. Ma a causa dell'intensa dilatazione gravitazionale del tempo vicino al buco nero, sembra che uscirà molto, molto più tardi in futuro.

Nella loro complessa interazione e parziale intrappolamento con il buco nero di nuova formazione, i campi frizzanti temporanei vengono "promossi" per diventare normali increspature quotidiane, in altre parole, particelle.

Quindi, la radiazione di Hawking non riguarda tanto le particelle che si oppongono all'esistenza vicino a un buco nero odierno, ma il risultato di una complessa interazione alla nascita di un buco nero che persiste fino ad oggi.

[Guarda: come muoiono i buchi neri. ]

Pazienza, bambino

In un modo o nell'altro, per quanto ne sappiamo, i buchi neri si dissolvono. Sottolineo il bit "per quanto possiamo dire" perché, come ho detto all'inizio, la generalità è ogni sorta di difficile e la teoria quantistica dei campi è una bestia. Metti insieme i due e ci sarà sicuramente un malinteso matematico.

Ma con questo avvertimento, possiamo ancora guardare i numeri, e quei numeri ci dicono che non dobbiamo preoccuparci che i buchi neri muoiano presto. Un buco nero con la massa del sole durerà un avvizzito 10 ^ 67 anni. Considerando che l'età attuale del nostro universo è un misero 13,8 volte 10 ^ 9 anni, è una buona quantità di tempo. Ma se ti capitasse di trasformare la Torre Eiffel in un buco nero, evaporerebbe in circa un giorno. Non so perché dovresti, ma ecco qua.

Scopri di più ascoltando l'episodio "I buchi neri muoiono?" sul podcast Ask A This Webman, disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e sul Web all'indirizzo http://www.askaspaceman.com. Grazie ad Andy, Rowan H., @MarkRiepe, @ChattaboxReilly e @Just_Rachel per le domande che hanno portato a questo pezzo! Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter . Seguici su @Spacedotcom, Facebook o Google+. Originariamente pubblicato su questo Web.com.

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