Dove conducono i buchi neri?

Se viaggi attraverso un buco nero, dove vai?

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dove poertano i buchi neri?

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Quindi eccoti qui, stai per cadere in un buco nero. Se, in qualche modo, sopravvivessi contro ogni previsione, cosa succederebbe? Dove finiresti e cosa potresti raccontare se riuscissi a tornare?

La risposta, semplicissima, a tutte queste domande è, come spiega il professor Richard Massey, “Chi lo sa?” Come ricercatore della Royal Society presso l’Institute for Computational Cosmology della Durham University, Massey è pienamente consapevole del fatto che i misteri i buchi neri celano ancora profondi misteri. “Cadere attraverso un orizzonte degli eventi significare andare oltre ogni cosa che conosciamo; scavalcato quel confine, nessuno potrà far sapere qualcosa a chi resta fuori“, ha detto. “Sarebbe fatto a pezzi dall’enorme gravità, quindi dubito che chiunque potrebbe arrivare da qualche parte“.

Sin da quando la teoria della relatività generale di Albert Einstein ha preso in esame i buchi neri collegando lo spazio-tempo con l’azione della gravità, è noto che queste particolari entità cosmiche derivano dalla morte di una stella massiccia che lascia dietro di sé un nucleo piccolo e denso. Supponendo che questo nucleo abbia più o meno tre volte la massa del sole, la gravità lo farebbe collassare in un singolo punto, o singolarità, intesa come il nucleo infinitamente denso del buco nero.

Il buco nero risultante ha una forza di gravità così potente che nemmeno la luce potrebbe sfuggirgli. Quindi, se ti trovassi sull’orizzonte degli eventi – il punto in cui luce e materia possono solo cadere dentro la buco nero, come proposto dall’astronomo tedesco Karl Schwarzschild – non avresti scampo. Secondo Massey, le forze di marea ridurrebbero il tuo corpo in filamenti di atomi (un processo detto “spaghettificazione”) e finiresti finirà per essere schiacciato dalla singolarità. L’idea che potresti saltar fuori da qualche parte sembra assolutamente fantastica.

E se fosse un wormhole?

Nel corso degli anni, gli scienziati hanno esaminato la possibilità che i buchi neri possano essere una specie di porta per altre galassie. Alcuni hanno suggerito che potrebbero essere l’ingresso verso un altro universo.

Un’idea del genere è in circolazione da un po’ di tempo: Einstein, insieme a Nathan Rosen arrivò a teorizzare questi ponti che collegano due diversi punti nello spazio-tempo nel 1935. L’ipotesi fu ripresa negli anni ’80 quando il fisico Kip Thorne – uno dei principali esperti al mondo sulle implicazioni astrofisiche della teoria della relatività generale di Einstein – sollevò un dibattito sulla possibilità che gli oggetti potessero attraversarli fisicamente.

Leggere il libro di Kip Thorne sui wormhole mi ha entusiasmato per la prima volta da quando ero bambino“, ha detto Massey.

Ma non sembra probabile che esistano i wormhole.

Infatti, Thorne, che ha prestato la sua consulenza di esperto al team di produzione del film Interstellar, ha scritto: “Non vediamo oggetti nel nostro universo che potrebbero diventare wormhole mentre invecchiano“, nel suo libro “The Science of Interstellar” (WW Norton and Company, 2014).

Thorne ha spiegato che i viaggi attraverso questi tunnel teorici molto probabilmente rimarranno fantascienza, e certamente non ci sono prove certe che un buco nero possa consentire un simile passaggio.

Rappresentazione artistica di un wormhole. Se esistono, i wormhole, potrebbero condurre a un altro universo. Ma non ci sono prove che i wormhole siano reali. – (Credito immagine: Shutterstock)

Il vero problema è che non possiamo avvicinarci ad un buco nero per vedere di persona. E, anche arrivandoci vicino, non potremmo nemmeno fotografare qualsiasi cosa avvenga all’interno di un buco nero, visto che la luce non può sfuggire alla sua gravità. 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 limite, questo sembrerà avvenire in modo incredibilmente lento.

Penso che la teoria standard sia che portano alla fine dei tempi“, ha dichiarato Douglas Finkbeiner, professore di astronomia e fisica all’Università di Harvard. “Un osservatore lontano non vedrà il suo amico astronauta cadere nel buco nero. Diverrà sempre più rosso e meno luminoso man mano che si avvicina all’orizzonte degli eventi. Ma l’amico cade proprio in un posto oltre “per sempre”. Qualsiasi cosa significhi“.

Forse un buco nero porta a un buco bianco

Certamente, se i buchi neri conducono ad un’altra galassia o in un altro universo, dovrebbe esserci qualcosa di opposto a loro dall’altra parte.

Potrebbe essere un buco bianco – una ipotesi proposta dal cosmologo russo Igor Novikov nel 1964?

Novikov ha proposto che un buco nero si colleghi a un buco bianco che esiste nel 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 saranno in grado di 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, i fisici Carlo Rovelli e Hal M. Haggard affermarono che “esiste una metrica classica che soddisfa le equazioni di Einstein al di fuori di una regione spazio-temporale finita dove la materia collassa in un buco nero e poi emerge da un buco bianco“. In altre parole, tutto il materiale che i buchi neri hanno ingoiato potrebbe essere espulso e i buchi neri potrebbero diventare buchi bianchi quando muoiono.

Lungi dal distruggere le informazioni che assorbe, il collasso di un buco nero avrebbe un limite. Si sperimenterebbe, invece, un rimbalzo quantico, che permetterebbe alle informazioni di sfuggire.

Hawking disse che un buco nero non dura per sempre“, spiega Finkbeiner.
Secondo Hawking l’uscita della radiazione farebbe perdere energia ad un buco nero che si ridurrebbe fino a scomparire, come scrisse nel suo articolo pubblicato nel 1976 su Physical Review D. Date le sue affermazioni secondo cui la radiazione emessa sarebbe casuale e non conterrebbe informazioni su ciò che vi è caduto, il buco nero cancellerebbe moltissime informazioni al momento della sua evaporazione.

Ciò significa che l’idea di Hawking è in contrasto con la teoria quantistica, secondo la quale 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 delle informazioni sul buco nero” e ha a lungo confuso gli scienziati.

Quindi, torniamo al concetto di buchi neri che emettono informazioni conservate e le espellono attraverso un buco bianco?

Può essere. Nel loro studio del 2013 pubblicato su Physical Review Letters, Jorge Pullin, della Louisiana State University e Rodolfo Gambini, dell’Università della Repubblica di Montevideo in Uruguay, hanno applicato la gravità quantistica ad anello a un buco nero e hanno scoperto che la gravità aumenta verso il nucleo ma si riduce e si protende verso un’altra regione dell’universo.

Questo risultato ha dato ulteriore credito all’idea che i buchi neri fungano da portale. In questo studio, la singolarità non esiste e quindi non forma una barriera impenetrabile che finisce per schiacciare tutto ciò che incontra. Significa anche che le informazioni non scompaiono.

Forse i buchi neri non vanno da nessuna parte

I fisici Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski e James Sully Hanno lavorato su una teoria che è diventata nota come firewall AMPS o ipotesi del firewall black hole. Secondo i loro calcoli, la meccanica quantistica potrebbe concretamente trasformare l’orizzonte degli eventi in un gigantesco muro di fuoco e qualsiasi cosa entrasse in contatto brucerebbe in un istante. In questo senso, i buchi neri non portano da nessuna parte perché nulla potrebbe mai entrare all’interno.

Tuttavia, ciò viola la teoria generale della relatività di Einstein. Qualcosa che attraversi l’orizzonte degli eventi non dovrebbe realmente avere grandi difficoltà perché  sarebbe in caduta libera e, in base al principio di equivalenza, quell’oggetto – o persona – non avvertirebbe gli effetti estremi della gravità. Potrebbe seguire le leggi della fisica presenti altrove nell’universo, ma anche se non andasse contro il principio di Einstein minerebbe la teoria dei campi quantistici o suggerirebbe la perdita di informazioni.

Un buco nero di incertezza

Hawking, nel 2014, pubblicò uno studio in cui evitava l’esistenza di un orizzonte degli eventi dicendo che il collasso gravitazionale produrrebbe invece un “orizzonte apparente“.

Questo orizzonte bloccherebbe i raggi di luce nel tentativo di allontanarsi dal nucleo del buco nero e persisterebbe per un “periodo di tempo“. Nel suo ripensamento, gli orizzonti apparenti trattengono temporaneamente la materia e l’energia prima di dissolversi e rilasciarli successivamente lungo la linea.

Questa spiegazione si adatta meglio alla teoria quantistica – che dice che le informazioni non possono essere distrutte – e, se mai provata, suggerirebbe che qualcosa potrebbe sfuggire da un buco nero.

Hawking arrivò al punto di dire che i buchi neri potrebbero non esistere. “I buchi neri dovrebbero essere ridefiniti come stati legati metastabili del campo gravitazionale“, ha scritto. Non ci sarebbe singolarità, e mentre il campo apparente si sposta verso l’interno a causa della gravità, non raggiungerebbe mai il centro e si consoliderebbe in una massa densa.

Eppure tutto ciò che viene emesso non sarà nella forma delle informazioni ingerite. Sarebbe impossibile capire cosa è accaduto osservando ciò che sta uscendo, il che causa una serie di problemi.

Una cosa è certa, questo particolare mistero inghiottirà molte altre ore scientifiche per molto tempo a venire.

Rovelli e Francesca Vidotto hanno recentemente suggerito che un componente della materia oscura potrebbe essere formato da resti di buchi neri evaporati, e la carta di Hawking su buchi neri e “capelli morbidi” è stata rilasciata nel 2018, e descrive come le particelle a energia zero vengono lasciate intorno al punto di non ritorno, l’orizzonte degli eventi, un’idea che suggerisce che le informazioni non vengono perse ma catturate.

Insomma, per sapere davvero cosa succede dentro ad un buco nero, l’unico modo è entrarci dentro. Chissà, prima o poi qualcuno lo farà.

Fonte: Live Science