Buchi neri: un’altra scoperta di Hawking

Lo studio dell’universo non smette mai di stupire l’uomo. Già dall’antichità l’uomo guardava le stelle e si domandava cosa ci fosse al di là di quell’immenso blu. A metà degli anni Settanta il grande fisico Stephen Hawking rivoluzionò lo studio del cielo. Lo scienziato, considerato da tutto il mondo come l’erede del prodigioso Galileo, fece delle scoperte davvero sensazionali: i buchi neri potrebbero evaporare, o addirittura esplodere inglobando e distruggendo al loro interno tutta l’informazione della materia che vi è caduta dentro.

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In una conferenza a Stoccolma, un anno fa, il fisico ha annunciato di essere vicino alla soluzione del cosiddetto paradosso dell’informazione di un buco nero. All’inizio di gennaio, la grande attesa che era scaturita da quell’annuncio ha trovato finalmente fine, quando Hawking e i suoi collaboratori, Malcolm J. Perry e Andrew Strominger, hanno pubblicato online un articolo in cui hanno esposto i grandi progressi che sono stati fatti verso la soluzione di tale paradosso.
Ma, per prima cosa, cos’è il paradosso dell’informazione di un buco nero? Il black hole information paradox sta a significare, in poche parole, che le informazioni fisiche che seguono ogni evento studiato dall’uomo, cioè quelle proprietà che vengono ricavate tramite le formule comunemente conosciute, come accelerazione e velocità, potrebbero sparire all’interno del buco nero, permettendo così ai tanti stati fisici di cui è composta la materia di convergere in uno solo.
Questo concetto è altamente rivoluzionario, perché porterebbe alla morte del determinismo, ovvero l’uomo dovrebbe accettare il fatto che le leggi fisiche che vengono usate da prima dei tempi di Galileo abbiano un limite, e che perciò non sia possibile prevedere perfettamente il futuro. Infatti, se il determinismo crollasse definitivamente, ciò vorrebbe dire che non sarebbe più possibile poter dire che una simmetria implica una legge di conservazione, e quindi la carica elettrica e l’energia sarebbero conservate in media, anziché completamente, e cadrebbero tutte le teorie fisiche odierne.
stephen.hawkingSi può allora dire che non saremo mai in grado di descrivere l’universo? Questo è il punto cruciale in cui Hawking stupisce tutti noi: è necessario «costruire» un’alternativa, una legge probabilistica, che ci permetta ugualmente di capire e raccontare il mondo che ci circonda.
Lo scienziato assieme ai suoi collaboratori è stato in grado di mostrare, grazie alla teoria delle Stringhe – una teoria del Tutto, ovvero che tenta di conciliare la meccanica quantistica con la relatività generale –, che alcuni buchi neri sono in grado di memorizzare le informazioni che vi entrano. Ciò implicherebbe che vi sia un modo attraverso il quale tali informazioni riescono a entrare e uscire, e che perciò la tesi della distruzione dell’informazione da parte dei buchi neri sia sbagliata.
Da questa intuizione, avuta dallo scienziato Andrew Strominger, sono nate le due ipotesi che hanno dato vita al nuovo studio del fisico britannico.
La prima sfata la vecchia ipotesi secondo la quale, nella gravità quantistica, si è sempre pensato che esistesse un solo e unico vuoto, ovvero un solo stato di energia nulla. Strominger, mostrando l’equivalenza di due lavori degli anni Sessanta, quelli di Steve Weinberg e di Bondi, e quelli di van der Burg, Metzner e Sachs, è riuscito a dimostrare che esistono infiniti diversi stati di vuoto.
La seconda sostiene l’infondatezza del teorema no-hair, noto anche come teorema dell’essenzialità, ovvero della teoria secondo cui, dopo la formazione di un buco nero dal collasso di un oggetto, si perdono tutte le sue informazioni fisiche.
Secondo il team di Hawking i buchi neri hanno «capelli soffici», ovvero in base alle leggi di conservazione tali corpi devono avere per forza di cose fotoni e gravitoni «soft». Ma cosa significa tutto ciò in parole semplici? Secondo i tre scienziati i buchi neri possiedono delle «piccole particelle» che hanno poca energia, o energia pari a zero. Se nel vuoto si aggiunge un fotone con energia nulla, anche se l’energia del sistema Galaxiarimane zero, tale particella è dotata di spin, ovvero di un momento angolare che fa cambiare stato al sistema, cioè modifica la composizione del sistema vuoto che stiamo considerando, sebbene questo rimanga nullo.
Questi stati che si creano, sebbene siano diversi, sono legati da una simmetria, che è a sua volta associata a una legge di conservazione.

Ma allora a cosa serve questa scoperta? Perché è così importante? Come ha detto Andrew Strominger, «il nocciolo di questo ragionamento è che i buchi neri non sono così neri come vengono dipinti. Non sono le prigioni eterne che immaginiamo. Le cose possono venire fuori da un buco nero e possibilmente raggiungere anche un’altra dimensione». Ciò significa che, anche se tutti i componenti fisici dell’oggetto potessero essere rimossi, il suo ologramma potrebbe continuare a vivere sotto forma di peli nel bordo del buco nero, ovvero il materiale che viene risucchiato dal corpo celeste resterebbe impresso come un ricordo all’estremità del buco nero.
Hawking, ancora una volta, è riuscito a stupire il mondo, e sarà grazie a lui e alle sue future scoperte se l’uomo sarà in grado di interpretare l’universo.

Luisa Bizzotto

Laureata all'Università di Padova Ingegneria Chimica e dei Materiali, frequento il corso internazionale Susteinable Technologies and Biotechnologies for Energy and Materials presso l'Almamater Studiorum Università di Bologna. Scrivo per La Voce che Stecca dal 16 luglio 2015 e su queste pagine mi occupo di cultura, musica e sport, ma soprattutto di scienza, la mia passione.

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