Astrofisica

A cura di Corrado Ruscica

Hawking rivede la sua teoria sui buchi-neri

di Corrado Ruscica

Lo scorso 21 Luglio 2004, al 17° Congresso Internazionale su “Relatività Generale e Gravitazione” tenutosi a  Dublino dal 18 al 23 Luglio, l’astrofisico di fama mondiale Stephen Hawking ha amesso di aver “sbagliato” su alcuni concetti relativi all’astrofisica dei buchi-neri. Qui di seguito darò una breve spiegazione del concetto fisico che sta alla base della nuova teoria.

La visione originale di Hawking si basa sulla teoria della relatività generale di Einstein secondo la quale una volta che la materia collassa, in seguito all’evoluzione stellare, si forma un punto a densità infinita e volume zero, chiamato singolarità. La teoria afferma che in questo punto dello spaziotempo la forza gravitazionale è così intensa che niente, persino la luce, può sfuggire, da cui il termine “buco-nero”.

 

Dato che la singolarità è infinitamente piccola, non può avere una struttura e perciò essa non può contenere alcuna informazione. Tutti i dati fisici relativi a eventuali particelle che rimangono intrappolate dal buco-nero vanno persi per sempre. Questa era la visione di Hawking su cui si è basata da circa trenta anni l’astrofisica dei buchi-neri.  

Il punto è che la teoria dei quanti, che descrive lo spazio e la materia su scale atomiche, contraddice questa visione. La teoria quantistica afferma che ogni processo fisico può evolvere al rovescio perciò le condizioni iniziali possono essere derivate dalle condizioni finali. Questo allora implica che anche un buco-nero può immagazzinare l’informazione dei processi fisici che rimangono intrappolati in esso.

L’idea di Hawking è stata sempre quella di ammettere che ogni volta che l’informazione di un processo fisico rimane intrappolata su un buco-nero non c’è alcun modo perché possa sfuggire via. Le nuova idea di Hawking è perciò un tentativo di riconciliare la teoria quantistica con la relatività generale.

Per descrivere le sua nuova teoria idee sulla fisica dei buchi-neri, Hawking ha utilizzato una tecnica matematica introdotta dal fisico Richard Feynman, che l’ha applicata inizialmente alle particelle elementari. La nuova descrizione di Hawking si basa sul fatto che sembra non esistere in assoluto un buco-nero, piuttosto esiste una regione dello spaziotempo dove i processi fisici richiedono un tempo più lungo per sfuggire all’attrazione gravitazionale. Questo significa che i buchi-neri non si riducono del tutto ad una vera e propria singolarità.

In altre parole, un oggetto che cade in un buco-nero non scompare completamente; piuttosto il buco-nero viene “alterato” nel momento in cui “assorbe” l’oggetto stesso. L’informazione fisica dell’oggetto, anche se difficile da recuperare, rimane ancora lì da qualche parte all’interno del buco-nero.

Come può allora sfuggire questa informazione ? La risposta ci viene dalla teoria di Hawking: i buchi-neri “evaporano” lentamente nello spazio circostante emettendo particelle nella regione dell’orlo, per così dire, del profondo “precipizio gravitazionale”. Il buco-nero, alla fine di questo processo di evaporazione, finisce per diventare un piccolo nocciolo da cui fuoriesce radiazione, chiamata radiazione di Hawking, che potenzialmente porta con sé l’informazione in essa contenuta.

Tuttavia, John Preskill, un fisico teorico del Caltech a Pasadena, che sosteneva l’idea in base alla quale l’informazione contenuta in un oggetto non fosse completamente distrutta una volta caduto su una stella collassata ma venisse alla fine rimpiazzata, rimane un po’ scettico sulla formulazione matematica adottata da Hawking e sul fatto che questa descrizione possa venire considerata una soluzione ad un problema di gravità quantistica – la risoluzione cioè del paradosso dell’informazione dei buchi-neri.

Per circa 30 anni l’eminente scienziato Stephen Hawking ha considerato che le condizioni estreme create dal campo gravitazionale dei buchi-neri potessero in qualche modo rovesciare le leggi della fisica quantistica. Oggi, egli si ricrede e la sua nuova teoria ci dice che i buchi-neri non distruggono completamente la materia che vi rimane intrappolata. Piuttosto, i buchi-neri continuano a emettere radiazione per lunghi periodi di tempo e alla fine si “scoprono”, per così dire, rivelando l’informazione contenuta nella materia rimasta intrappolata in essi. Materia ed energia vengono alla fine riemessi dai buchi-neri in una altra forma alterata di materia ed energia.

Questa “inversione a U” è costata allo stesso Hawking e all’astrofisico Kip Thorne, del Caltech, la perdita di una scommessa fatta con il fisico teorico John Preskill al quale entrambi presenteranno prossimamente come oggetto della scommessa una enciclopedia di sua scelta. 

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