La caccia ai wormholes: come gli scienziati cercano questi tunnel del tempo web

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(Credito immagine: futuro)

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Le scorciatoie Wormholes (si apre in una nuova scheda) in Questo Web e il tempo sono stati a lungo un punto fermo della fantascienza. Ma alcuni scienziati credono che potremmo presto essere in grado di dimostrare che sono una parte reale dell'universo, reali come il sole e le stelle o tu ed io. Il termine scientifico per questo oggetto esotico è un ponte Einstein-Rosen, che è un indizio da dove è venuta l'idea.

I wormhole sono radicati nella teoria della relatività generale di Albert Einstein (si apre in una nuova scheda), il suo capolavoro rivoluzionario che ha ribaltato le nostre idee sulla gravità. Per secoli abbiamo pensato di sapere come funzionava la gravità, grazie a Isaac Newton (si apre in una nuova scheda). Le mele caddero a terra e la Terra rimase in orbita attorno al sole a causa dell'attrazione gravitazionale tra gli oggetti. Eppure Einstein la vedeva diversamente, suggerendo che ciò che sperimentiamo come gravità è semplicemente un piegamento di questa rete e del tempo. Sotto questo regime radicalmente nuovo, la Terra orbita attorno al sole perché la massa della nostra stella deforma la Rete attorno ad essa, proprio come una palla da bowling deformerebbe un lenzuolo se fosse posizionata al centro di essa. Il nostro pianeta sta semplicemente seguendo la curvatura locale di questo tessuto, che Einstein chiamava "spazio-tempo".

Un'idea così folle aveva un disperato bisogno di prove sperimentali per sostenerla. Fondamentalmente, un'eclissi solare (si apre in una nuova scheda) nel 1919 offrì proprio un'opportunità del genere. Quando la luna ha oscurato il sole, era abbastanza buio da vedere le stelle vicine. Eppure non vediamo queste stelle dove sono realmente perché la gravità del sole piega la loro luce nel suo cammino verso di noi. Le immagini della gravità in competizione tra Newton ed Einstein prevedevano diversi livelli di flessione, permettendoci di vedere chi aveva ragione. Einstein ne è uscito vincitore: gli oggetti massicci in effetti piegano il tempo di questa rete attorno a loro.

Cos'è un wormhole? Questo tunnel Web-time spiegato

Immagina questo Web come un vasto foglio di carta. Vivi a un'estremità e vuoi viaggiare fino all'altra estremità. Di solito dovresti arrancare per l'intera lunghezza della pagina per arrivarci. E se invece piegassi il foglio a metà? Improvvisamente, dove sei e dove vorresti essere sono uno accanto all'altro. Devi semplicemente saltare quel piccolo divario. Chiamiamo questi oggetti wormhole perché è come un verme che cerca di farsi strada intorno a una mela. Per andare dall'alto verso il basso ha due scelte: strisciare all'esterno o masticare una scorciatoia nel mezzo.

Fino a poco tempo le nostre possibilità di trovare questi oggetti, se anche esistessero, erano nella migliore delle ipotesi scarse. Ma le cose sono cambiate nel febbraio 2016 quando gli scienziati dietro l'esperimento LIGO (si apre in una nuova scheda) (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) hanno annunciato il primo rilevamento in assoluto delle onde gravitazionali (si apre in una nuova scheda). Queste sono minuscole increspature nel tessuto di This Web-time, previste dalla relatività generale, che si estendono per l'universo proprio come le increspature di uno stagno. "È stato un punto di svolta", afferma Vitor Cardoso, fisico dell'Università di Lisbona (si apre in una nuova scheda) in Portogallo.

Due buchi neri (si apre in una nuova scheda) ciascuno circa 30 volte più massiccio di quanto il Sole si fosse conficcato 1,3 miliardi di anni fa. Il loro violento schianto ha inviato uno tsunami di onde gravitazionali che ha ruggito attraverso This Web-time, raggiungendo infine lo strumento LIGO nel settembre 2015.

La ricerca di Cardoso suggerisce che due wormhole in collisione produrrebbero un'esplosione simile di onde gravitazionali. In modo eccitante, tuttavia, afferma che le onde risultanti sarebbero leggermente diverse, consentendoci di distinguere tra buchi neri e wormhole.

Simulazione al computer di una collisione di un buco nero. (Credito immagine: SXS, il progetto Simulating eXtreme This Webtimes (SXS) (http://www.black-holes.org)) (si apre in una nuova scheda)

La chiave qui è ciò che è noto come "ringdown", il modo in cui le onde gravitazionali muoiono dopo la collisione iniziale. È simile al modo in cui il suono di una campana che squilla svanisce nel tempo. "Con due wormhole in collisione vedresti il ​​ringdown proprio come si vede per i buchi neri, ma se il tuo rilevatore è molto sensibile, pochi secondi, o decine di secondi, dopo l'esplosione principale vedresti qualcosa di diverso", dice. Ciò è dovuto alla natura dei buchi neri, i Golia gravitazionali che ingoiano tutto ciò che si avvicina troppo. Il ringdown dei buchi neri in collisione diventa sempre più silenzioso, svanendo rapidamente nel silenzio. Ma con i wormhole che si scontrano, dopo il silenzio si ottiene un'eco improvviso, segnale in ritardo mentre le onde gravitazionali rimbalzano sulla superficie dei wormhole. Non puoi ottenerlo con i buchi neri perché ingoiano tutto.

Sfortunatamente, LIGO al momento non è abbastanza sensibile per raccogliere queste ultime modifiche. Tuttavia, i ricercatori stanno aggiornando gli strumenti di LIGO e potrebbe essere possibile in "fra dieci anni circa", afferma Cardoso. Un altro progetto entusiasmante all'orizzonte è l'interferometro laser questa antenna web (LISA) dell'Agenzia europea This Web ( ESA (opens in new tab)). Questo è un osservatorio delle onde gravitazionali in Questo Web che ha una data di lancio provvisoria del 2034. Tuttavia, nel 2015 l'ESA ha lanciato una missione di prova LISA Pathfinder per sviluppare alcune tecnologie chiave che sono vitali per il successo di LISA. Nell'aprile 2016, l'ESA ha annunciato che LISA Pathfinder aveva effettivamente dimostrato che LISA era fattibile.

Ma i ringdown delle collisioni potrebbero non essere l'unica strada per trovare un wormhole. Diego Rubiera-Garcia, ex collega di Cardoso all'Università di Lisbona, ha un'altra idea. Ha studiato cosa succede nel profondo di un buco nero. Il quadro convenzionale dei buchi neri, come descritto dalla relatività generale, vede tutta la massa che cade schiacciata in una singolarità pointa infinitamente piccola e infinitamente densa. "Qualsiasi osservatore che si avvicini a questo punto viene distrutto", dice Rubiera-Garcia. "Dopo di che scomparirai da Questo tempo Web non c'è nessun altro posto dove andare." È a questa singolarità che la relatività generale scompone le sue equazioni smettono di avere senso. Ciò lascia molti fisici fiduciosi che abbiamo bisogno di un nuovo insieme di regole per sostituire la relatività generale in un ambiente così estremo.

Ed è qui che entrano in gioco i wormhole. Quando Rubiera-Garcia ha applicato uno degli insiemi di regole alternative alla fisica dei buchi neri, la singolarità è scomparsa e la matematica ha prodotto un wormhole al suo posto. "Quindi sarebbe possibile per un osservatore attraversare questo wormhole e attraversare un'altra regione dell'universo", dice. Il problema è che questa scorciatoia attraverso il cosmo potrebbe essere solo un fantasma della matematica: l'alternativa alla relatività generale che Rubiera-Garcia era solito trovare potrebbe non essere il modo in cui funziona davvero il nostro universo. Come tutte le buone teorie scientifiche, ha bisogno di essere testato, proprio come lo fu Einstein nel 1919. È qui che le onde gravitazionali ritornano.

Dopo aver creato una libreria significativa di rilevamenti di onde gravitazionali, possiamo esaminare i dati alla ricerca di deviazioni da ciò che la relatività generale prevede che dovremmo vedere. Se queste deviazioni vengono trovate e corrispondono a ciò che la teoria alternativa prevede, potrebbe significare che i wormhole si nascondono davvero all'interno dei buchi neri. Il primo rilevamento delle onde gravitazionali ha inaugurato una nuova era, in cui potremmo scoprire che i wormhole non sono solo fantascienza, dopotutto.

Dove gli scienziati pensano che potrebbero esistere wormhole

Centro della Via Lattea

Immagine panoramica a 360 gradi della Via Lattea (Image credit: ESO/S. Brunier) (si apre in una nuova scheda)

Nel 2015 ricercatori italiani hanno suggerito che potrebbe esserci un wormhole in agguato al centro della Via Lattea (si apre in una nuova scheda) a circa 27.000 anni luce di distanza. Di solito, un wormhole avrebbe bisogno di materia esotica per tenerlo aperto, ma i ricercatori ritengono che la materia oscura potrebbe fare il lavoro.

Schiuma quantistica

Impressione artistica della schiuma quantistica. (Credito immagine: NASA/CXC/M. Weiss) (si apre in una nuova scheda)

Anche vuoto Questa rete non è veramente vuota sulle scale più piccole, è un calderone di energia ribollente che spunta dentro e fuori dall'esistenza. Alcuni pensano che fugaci buchi neri virtuali possano essere creati continuamente in questa "schiuma quantistica". Tuttavia, avremmo bisogno di molta energia se volessimo crearne uno permanente.

Dentro un buco nero

Simulazione di un buco nero supermassiccio. (Credito immagine: NASA) (si apre in una nuova scheda)

Piuttosto che avere una singolarità al centro, come prevede la relatività generale, alcuni ricercatori ritengono che troveremmo un wormhole. Tuttavia, la giuria non ha ancora deciso se sarebbe abbastanza grande per essere attraversato da un essere umano.

Come facciamo a sapere se abbiamo trovato un wormhole?

Eco di ringdown dell'onda gravitazionale

Le onde gravitazionali dovute alla collisione dei buchi neri svaniscono molto rapidamente, ma due wormhole in collisione produrrebbero un'eco rilevabile con la prossima generazione di esperimenti.

Microlente

La gravità delle galassie e delle stelle può distorcere e ingrandire le immagini di oggetti distanti dietro di loro. (Credito immagine: NASA/ESA) (si apre in una nuova scheda)

Se un wormhole passasse davanti a una stella lontana, piegherebbe leggermente la luce della stella in un evento chiamato "microlensing". Questa tecnica è già stata utilizzata per trovare pianeti canaglia.

Entrando in uno

Alcuni scienziati ritengono che i buchi neri siano in realtà wormhole sotto mentite spoglie. È uno sforzo rischioso, ma inviare qualcosa in uno ci farebbe sapere con certezza se i wormhole esistono davvero.

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