Il paradosso dei buchi neri

BlackHole

Ci hanno raccontato della esistenza di questi corpi chiamati buchi neri che ingoiano tutto ciò che capita dalle loro parti.

Anche se non sono stati mai osservati direttamente la loro esistenza è stata rilevata dagli effetti che producono sullo spazio circostante.
La loro esistenza è credibile perché questi corpi sono previsti dalla relatività generale di Einstein.
Sono corpi talmente densi da deformare lo spazio tempo e a causa dell’elevato campo gravitazionale prodotto anche i fotoni che viaggiano alla velocità di 300.000 km/s non riescono a sfuggire. Per questo motivo vengono chiamati buchi neri, perché non visibili in assenza di luce.

Detta in maniera più scientifica la deformazione dello spaziotempo dovuta ad una massa così densa è tale che la luce subisce, in una simile situazione limite, un redshift gravitazionale infinito. In altre parole, la luce perde tutta la sua energia cercando di uscire dal buco nero e finisce per caderci dentro.
Tutto questo lo sapete già. Credo.

Ma non tutti sono dello stesso avviso. C’è chi respinge questa teoria.
Vediamo il motivo.

Gli scienziati ritengono che i buchi neri si formano quando una stella massiccia collassa sotto la propria gravità in un singolo punto nello spazio (per capire cosa significa, immagina la terra che viene schiacciata in una palla delle dimensioni di una nocciolina). Questo singolo punto viene chiamato singolarità.
Si crede anche che ci sia una membrana invisibile conosciuta come l’orizzonte degli eventi che circonda la singolarità. Attraversando questo orizzonte non si potrebbe mai più tornare indietro. Questo è il punto in cui la forza gravitazionale di un buco nero è così forte che nulla può sfuggire.

In realtà qualcosa sfugge. E’ quella che viene chiamata la radiazione di Hawking, una radiazione termica emessa dal buco nero.
C’è tuttavia una differenza importante tra la radiazione del buco nero, così come calcolata da Hawking, e la radiazione termica emessa da un corpo nero. Una radiazione termica contiene informazioni sul corpo che l’ha emessa, mentre la radiazione di Hawking sembra non contenerne: dipende solo dalla massa, dal momento angolare orbitale e dalla carica del buco nero.

Alla metà degli anni settanta, Stephen Hawking fece una serie di scoperte inquietanti, secondo cui i buchi neri potrebbero evaporare, o anche esplodere, e distruggere tutta l’informazione sulla materia caduta al loro interno.

Questo scenario tuttavia contrasta con una legge fondamentale della teoria quantistica secondo la quale nessuna informazione dell’universo può scomparire.
In pratica la domanda è la seguente: cosa succede ad un oggetto risucchiato in un buco nero? Continua ad esistere o viene perso per sempre?

Gli sforzi per combinare le due teorie della relatività generale e la teoria quantistica portano ad un assurdo matematico, noto come il “paradosso della perdita di informazioni nei buchi neri.”

Allora c’è chi afferma che i buchi non esistono. E il problema è risolto.
Laura Mersini-Houghton, professore di fisica presso l’Università del North Carolina a Chapel Hill (USA), ha detto che è matematicamente dimostrato che i buchi neri non esistono.

Vediamo il suo ragionamento.
Gli scienziati ritengono che i buchi neri si formano quando una stella massiccia collassa sotto la propria gravità in un singolo punto nello spazio.
La fisica è d’accordo con Hawking che, quando una stella collassa sotto la propria gravità, produce la cosiddetta radiazione di Hawking, una radiazione termica. Tuttavia, nel suo nuovo lavoro, Mersini-Houghton dimostra che attraverso il rilascio di questa radiazione, la stella lancia anche la massa. Così, la stella si restringe e non ha più la densità necessaria per diventare un buco nero.
Secondo il ricercatore, prove sperimentali potrebbero un giorno fornire la prova fisica se o non ci sono buchi neri nell’universo. Per ora, la matematica dimostra definitivamente che i buchi neri non esistono.

2BlackHole

Ma è proprio così?
Non curante di ciò il celebre fisico Stephen Hawking, insieme al suo team, ha fornito una possibile soluzione al cosiddetto “paradosso dell’informazione del buco nero”, uno dei misteri più fitti nel campo della fisica.
I dettagli sono stati resi noti in un articolo estremamente tecnico, Soft hair on black holes (Soffici capelli sui buchi neri).

La cosa migliore è riportare una sintesi dello stesso Stephen Hawking.
«Ciò che ipotizzo è che l’informazione non venga immagazzinata all’interno del buco nero, come ci si aspetta, ma sul suo bordo, sull’orizzonte degli eventi», ha spiegato Hawking nell’agosto del 2015. «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».
«Quando una particella carica entra in un buco nero, aggiunge un fotone. È come se aggiungesse un pelo».

Ora c’è tutta una questione tra scienziati attorno a questo “pelo” che in qualche modo Hawking si allaccia in risposta con il suo articolo (Soft hair on black holes) che non sto a spiegare.

Sta di fatto che quando le particelle cariche vengono risucchiate in un buco nero, dunque, le loro informazioni lasciano dietro di sé una specie di impronta olografica a due dimensioni sull’orizzonte degli eventi.
Questo significa che, mentre tutti i componenti fisici dell’oggetto potrebbero essere totalmente rimossi, dimenticati, la sua impronta potrebbe continuare a “vivere”.

«Quello che rimane è un ologramma delle particelle entranti che contiene tutta l’informazione che altrimenti andrebbe persa», ha spiegato lo scienziato.

Secondo il fisico, le radiazioni rilasciate dal buco nero potrebbero portare con sé un po’ di informazione dell’orizzonte degli eventi, ma difficilmente questa rimarrebbe inalterata.

In pratica “il buco nero può cancellare l’informazione, pur conservandola”.
Secondo lo scienziato, quindi, qualsiasi cosa venga risucchiata da un buco nero, una parte di essa rimarrebbe intrappolata nel cosiddetto orizzonte degli eventi, la sfera che circonda il buco nero, per poi riemergere nel nostro universo o in uno parallelo attraverso la radiazione di Hawking.

Dunque, Hawking ritiene di aver risolto il paradosso assumendo che la radiazione Hawking sia proprio il mezzo attraverso il quale l’informazione può essere trasportata verso l’esterno una volta prodotta nell’orizzonte degli eventi. Questa radiazione, chiamata radiazione Hawking, descrive, quindi, il destino finale di tutti i buchi neri. Però, la cosa peggiore è che la radiazione Hawking “non ha memoria” di ciò che precipita nel buco nero. Questo è ciò che sta alla base del paradosso dell’informazione: alla fine, l’informazione che è entrata nel buco nero viene persa nel corso del tempo.

“Non crediate che stiamo ricevendo un messaggio dalla parte interna di un buco nero”, afferma Hawking. “L’informazione contenuta nelle particelle che entrano verso il buco nero viene ritornata in una forma caotica che non può essere utilizzata. Questo risolve il paradosso dell’informazione, ma dal punto di vista pratico l’informazione viene perduta”.
Se l’informazione non avesse una forma caotica, un osservatore sarebbe in grado di ricostruire qualsiasi cosa che sia precipitata nel buco nero ma si dovrebbe aspettare un tempo estremamente lungo.

Quanto tempo?
Occorrono 1067 anni prima che un buco nero di massa solare evapori completamente e 10100 anni per un buco nero supermassiccio. Alla fine, quindi, non ci saranno più buchi neri ma solo un “mare di radiazione” termica di corpo nero.

Una ricerca che, secondo alcuni, potrebbe valere il Nobel ad Hawking.

Il mio cane che ha sempre qualcosa da ridire mi dice che se le cose stanno così perché preoccuparsi così tanto del paradosso.

Scusatelo, lui è un cane che non sa che farsene di questi problemi, ha altro per la testa.


Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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7 risposte a Il paradosso dei buchi neri

  1. enricogarrou ha detto:

    Un capolavoro questo articolo. Complimenti Silvano ci accompagni lungo strade sconosciute ma affascinanti. Un abbraccio

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    • bruce ha detto:

      Ti ringrazio. I tuoi complimenti compensano tutto il lavoro che c’è dietro a volte anche di una settimana (ovviamente per il tempo che necessita) per queste poche righe.
      Una volta individuato l’argomento da trattare, seguono ricerche anche su siti in inglese, ma soprattutto tutto mi deve essere chiaro. Poi scrivere su Word, correggere e ricorreggere, semplificare, spostare, eliminare, tutto allo scopo di rendere l’articolo comprensibile ….. alla casalinga di Verona, che comunque spesso non capisce ugualmente🙂 Ma mi è sufficiente che qualcosa resta. Come dire se piove un po’ ti bagni.

      Liked by 1 persona

  2. bruce ha detto:

    Alcuni articoli li riporto anche su FB.
    Una giovane ragazza, ingegnere, mi fa una domanda intelligente la cui risposta merita di essere riportata anche qui.

    “Adesso c’è da scoprire come mai questa informazione viene trattenuta sull’orizzonte degli eventi. Intrigante!”

    Ciao Marzia, se hai letto il mio articolo ad un certo punto ho parlato di “peli” senza approfondire la cosa perché è tutta una questione teorica tra scienziati a colpi di formule difficile da capire.

    Il primo a parlare di peli è stato il fisico americano John Wheeler che affermò che i “buchi neri non sono dotati di peli”: secondo la sua visione, la materia che cade in un buco nero perde tutte le proprie caratteristiche.
    Hawking risponde dicendo che l’informazione non viene immagazzinata all’interno del buco nero, come ci si aspetta, ma sul suo bordo, sull’orizzonte degli eventi.
    Come?

    Mentre una massa sta per precipitare nel buco nero una parte indistinta delle informazioni (peli) restano sull’orizzonte degli eventi mentre il suo corpo gli viene strappato e cade nel buco nero.
    Io mi sono fatto una idea. E’ come pensare ad un limone che mentre è sull’orizzonte degli eventi viene spremuto dalla enorme forza gravitazionale del buco nero. Tutto il suo contenuto (succo, semi ecc.) gli cade dentro fatta eccezione della buccia (pelo). L’informazione del limone viene perduta per sempre una volta caduta nel buco nero, mentre una traccia ne è rimasta sull’orizzonte degli eventi.
    Il problema che emerge è se da questa buccia si può risalire al limone?

    Stephen Hawking dice che quando una particella carica entra in un buco nero, aggiunge un fotone. È come se aggiungesse un pelo.
    Ma di preciso non so cosa vuol dire. Bisognerebbe leggere e capire i suoi calcoli.

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