Forse risolto il paradosso del buco nero di Stephen Hawking

Al centro di ogni buco nero c’è un problema. Mentre sfrigolano nel nulla per eoni, portano con sé un piccolo pezzo dell’Universo. Il che, francamente, non è nel libro delle regole.

È un paradosso che il compianto Stephen Hawking ci ha lasciato come parte del suo lavoro rivoluzionario su questi oggetti mostruosi, ispirando i ricercatori ad armeggiare con potenziali soluzioni per mezzo secolo.

Da qualche parte tra le due più grandi teorie mai costruite in fisica c’è un piccolo ma significativo difetto. Trovare una soluzione ci consentirebbe di modellare la relatività generale come un sistema simile a una particella o di comprendere la fisica quantistica sullo sfondo ondulato dello spazio e del tempo. Se non una combinazione di entrambi.

Un recente tentativo di una nuova teoria da parte di fisici del Regno Unito, degli Stati Uniti e dell’Italia ha sicuramente suscitato un certo interesse nei media in generale, anche se ci vorrà del tempo prima di capire in un modo o nell’altro se è la soluzione che cerchiamo così insistentemente. Dal punto di vista matematico è una nuova e intelligente interpretazione di un’idea già testata da un po’ di tempo – un’idea che pone i buchi neri come un po’ “capelloni“.

Per capire perché un buco nero con i capelli potrebbe essere utile per quanto riguarda i paradossi, è importante sapere perché c’è un paradosso, tanto per cominciare.

I buchi neri sono masse di materia così densa che la loro gravità increspa lo spazio e il tempo al punto che nulla può raggiungere la velocità necessaria per uscirne. Normalmente, questo non sarebbe un grosso problema. Ma circa mezzo secolo fa, Hawking si rese conto che i buchi neri devono “brillare” in un modo piuttosto unico. La loro deformazione dell’Universo cambierebbe la natura ondulatoria dei campi quantistici circostanti in modo tale da produrre una forma di radiazione termica.

Ciò significa che i buchi neri irradieranno gradualmente energia, si restringeranno a un ritmo accelerato e alla fine scompariranno dall’esistenza.

Normalmente, le informazioni che cadono in un oggetto radiante come una stella sarebbero rappresentate nello spettro disordinato di colori che escono dalla sua superficie. Oppure restano nel guscio freddo e denso che resta dopo la morte. Non è così per i buchi neri. Se la teoria delle radiazioni di Hawking è corretta, tutto si perderebbe. Il che compromette la grande regola della fisica quantistica secondo la quale l’informazione che rende tale una particella viene conservata nell’Universo in eterno.

Una parte significativa del dibattito sulla natura della banca di informazioni di un buco nero è la misura in cui le caratteristiche e il comportamento dei suoi contenuti continuano a influenzare l’ambiente circostante anche dopo che sono scivolati oltre il limite. Esistono soluzioni per i buchi neri nella relatività generale che riconoscono la loro massa, il momento angolare e la carica che spinge e tira sull’ambiente circostante. Eventuali connessioni rimanenti con l’Universo sono descritte come capelli, con teorie che presumono la loro persistenza come “teoremi dei capelli sì“.

Avere un po’ di sfocatura darebbe ai buchi neri un percorso affinché le loro informazioni quantistiche rimangano bloccate nello spazio, anche se capita che svaniscano nel tempo.

Quindi i teorici sono stati impegnati a cercare di trovare il modo di far combaciare le leggi che dicono allo spazio e al tempo come curvare le leggi che dicono alle particelle come condividere le loro informazioni.

Questa nuova soluzione applica il pensiero quantistico alla gravità sotto forma di particelle teoriche chiamate gravitoni. Queste non sono particelle note come elettroni e quark, poiché nessuno ne ha ancora visto uno. Potrebbero anche non esistere affatto.

Ciò non significa che non possiamo capire come potrebbero essere se esistessero, o considerare possibili stati quantistici all’interno dei quali potrebbero operare.

Attraverso una serie di passaggi logici dal modo in cui i gravitoni potrebbero potenzialmente comportarsi in determinate condizioni energetiche, il team dimostra un modello ragionevole di come le informazioni all’interno di un buco nero possono rimanere collegate con lo spazio circostante attraverso la sua linea di non ritorno, come lievi perturbanti del campo gravitazionale del buco nero (i capelli).

Come teoria, è interessante basata su una solida struttura. Ma c’è ancora molta strada da fare prima che potremo definire ‘risolto’ questo paradosso.

In generale, ci sono due modi in cui la scienza progredisce. Uno è vedere qualcosa di strano e cercare di spiegarlo. L’altro è precedere qualcosa di strano e poi cercare di trovarlo.

Avere una mappa teorica come questa è inestimabile nel nostro viaggio verso una soluzione a uno dei paradossi più sconcertanti della fisica.

Questa ricerca è stata pubblicata in Physical Review Letters.