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2 Febbraio 2014 SCIENZA
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Davvero non esistono più i buchi neri?
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tempo di lettura previsto 6 min. circa

L' articolo "revisionista" di Stephen Hawking fa molto discutere. Ma cosa dice in concreto, e cosa ne pensa il resto della comunità scientifica?

Il buco nero, svegliatosi una mattina da sogni agitati, si trovò trasformato, nel suo letto, in un enorme buco grigio. Potremmo riassumere così, parafrasando orribilmente l'incipit de La metamorfosi, il contenuto dell'articolo che ha alimentato in questi giorni il dibattito sull'effettiva esistenza (e sulla natura) dei buchi neri. Due paginette a firma di Stephen Hawking, pubblicate su arXiv.org e commentate su Nature, che non contengono alcun accenno di formula matematica. Qualche ipotesi, un'idea di fondo forse ancora troppo vaga. Eppure la frase "there are no black holes" ha attirato l'attenzione di tutti, a maggior ragione perché proveniente da uno che, di buchi neri, ne sa probabilmente più di chiunque altro al mondo.

Tuttavia, al netto di qualche passaggio forse troppo coraggioso, l'articolo di Hawking non è poi così rivoluzionario come potrebbe sembrare da una lettura frettolosa dei titoli dei giornali. Quello che il fisico britannico propone non è infatti di mettere in discussione l'esistenza stessa dei buchi neri, ma piuttosto di iniziare a pensare che possano comportarsi in maniera diversa da quello che credevamo. O, meglio ancora, di continuare a cercare di capire in che modo si comportino.

Di preciso, infatti, non l'abbiamo mai saputo, né ci siamo mai illusi davvero di saperlo. Questo perché, come avviene praticamente ogni volta che si uniscono relatività generale e meccanica quantistica, nei calcoli teorici c'è qualcosa che non torna. Quella che Hawking propone è sostanzialmente una (sofisticata) pezza da cucire sopra un complicato problema teorico che sta occupando da anni i pensieri e i lavori di diversi scienziati. Quelli che Hawking propone sono, banalizzando, buchi neri con caratteristiche nuove, ri-battezzati scherzosamente da qualcuno, per l'appunto, buchi grigi.

Buchi neri e orizzonti di fuoco

Il buco nero è una regione dello spazio-tempo che, secondo la relatività generale, si crea quando la materia è compressa (per esempio nel collasso gravitazionale di una stella) al di sopra di una certa densità, e dà vita così a una zona di attrazione gravitazionale talmente forte da impedire a qualsiasi cosa, anche la luce, di sfuggire alla propria presa. Superato un certo confine nei dintorni del buco nero, detto orizzonte degli eventi, nulla può più fare ritorno.

Fin qui siamo nel campo della pura relatività generale. A complicare le cose ci pensa a questo punto la meccanica quantistica. La teoria della gravità e la teoria dei quanti non sono state ancora unificate in un'unica teoria coerente. O si guarda alla gravità o si guarda alle particelle quantistiche in assenza di gravità. Fare entrambe le cose è possibile solo in ristretti casi e in alcune approssimazioni. Ed è questo, fondamentalmente, che crea i problemi maggiori per una definizione completa e accurata di buco nero.

A metà degli anni Settanta, infatti, lo stesso Stephen Hawking dimostrò come, una volta superato l'orizzonte degli eventi, materia ed energia possano di nuovo uscire da un buco nero sotto forma di quella che è oggi conosciuta come radiazione di Hawking. I buchi neri hanno quindi una loro entropia, una loro temperatura e, nel processo di emissione di questa radiazione, si consumano fino a, eventualmente, evaporare. Gli effetti quantistici consentirebbero quindi ai buchi neri di emettere una radiazione di corpo nero.

Hawking sostenne all'epoca che la radiazione così ottenuta sarebbe stata poco più che un rumore di fondo, e non avrebbe restituito quindi alcuna informazione degli avvenimenti all'interno del buco nero. Questo crea però un enorme problema, conosciuto come paradosso dell'informazione: se il buco nero inghiottisse davvero la materia per ri-emetterla sotto forma di radiazione completamente casuale, lo farebbe infatti in piena violazione della teoria quantistica, secondo la quale l'informazione non può essere distrutta.

Un po' come il rapporto tra Gregor Samsa e il padre nel racconto di Kafka, il rapporto tra Hawking e i buchi neri è però decisamente conflittuale. Nel 2004, Hawking tornò sui propri passi, ammettendo di essersi sbagliato: l'informazione era in qualche modo conservata. Il mistero non era risolto tuttavia, dal momento che rimaneva l'incertezza sui meccanismi grazie ai quali l'informazione potesse sfuggire al buco nero.

Un paio di anni fa, un team di fisici con a capo Joseph Polchinski ipotizzò che, al posto di un placido (per quanto macabro e ineluttabile) orizzonte degli eventi, il confine del buco nero fosse costituito da un muro invalicabile, detto firewall, una regione a energia talmente elevata da essere insuperabile. Nel solito esperimento mentale in cui un astronauta si trova dalle parti del buco nero, il malcapitato verrebbe in questo caso immediatamente disintegrato dal firewall. In questa nuova elaborazione teorica, per i particolari e complessi ingranaggi con cui sono costruite queste teorie, l'emissione dei buchi neri è finalmente conciliabile con la conservazione dell'informazione. La teoria quantistica è quindi salva, ma la coperta rimane ugualmente troppo corta: la teoria dei firewall contraddice infatti il principio di equivalenza di Einstein, alla base della relatività generale.

È a questo punto che torna in scena Hawking, che, con il suo articolo su Nature, propone che non esistano né firewall né orizzonti degli eventi, ma piuttosto orizzonti apparenti dominati da processi caotici, regioni turbolente ma non nette, dai quali l'informazione riuscirebbe in qualche modo a riemergere. E, fondamentalmente, questo è quanto. Hawking non si avventura oltre, e le dinamiche di questi processi non sono chiare, né specificate nell'articolo.

Dubbi

"Sembra quasi che Hawking abbia sostituito il firewall con un caos-wall", ha detto Joseph Polchinski, che del firewall è uno degli "inventori". L'articolo di Hawking ha fatto discutere moltissimo. In che modo hanno reagito gli altri nomi noti della fisica? National Geographic ha raccolto qualche parere.

Secondo Seth Lloyd, del Massachusetts Institute of Technology, l'idea di Hawking è un buon modo per evitare i firewall, ma è anche una soluzione che non affronta di petto i problemi che i firewall stessi sollevano. "Vorrei mettere in guardia contro ogni credenza che Hawking abbia messo a punto una nuova chiara soluzione per rispondere a tutte le domande riguardanti i buchi neri", ha dichiarato Sean Carroll, fisico teorico presso il California Institute of Technology. "Questi problemi sono ben lungi dall'essere risolti". Carroll si aspetta però a breve novità dallo stesso Hawking: "È probabile che abbia in mente un argomento migliore che non ha ancora buttato giù sulla carta".

Il fisico teorico Leonard Susskind sembra pronto a scrivere un nuovo capitolo del suo libro di successo La guerra dei buchi neri, in cui sfidava apertamente Hawking riguardo alle questioni della perdita di informazione quantistica nella radiazione di buco nero. Susskind ribadisce infatti di stare da tempo lavorando a un'altra soluzione per gli enigmi e le controversie alla base dei firewall, una soluzione che preveda l'utilizzo dei wormholes, scorciatoie che potrebbero in teoria collegare punti distanti nello spazio e nel tempo.

Ma in concreto, cosa cambierà dopo l'articolo di Hawking? Sul piano pratico davvero poco, nonostante l'enfasi con cui la notizia è stata accolta. Gli astronomi non saranno in grado di rilevare alcuna differenza nel comportamento dei buchi neri rispetto a ciò che hanno già osservato fino a oggi. Come sottolinea il fisico teorico Don Page dell'Università di Alberta, in Canada, non ci sarà modo di trovare riscontri concreti a sostegno dell'idea di Hawking in un futuro immediato. Tuttavia, la nuova proposta di Hawking potrebbe, secondo Page, "portare a una teoria più completa della gravità quantistica, che permetta previsioni verificabili".

TAG: Mistero