Agli albori della ricerca sui buchi neri, prima ancora che avessero quel nome, i fisici non sapevano se questi bizzarri oggetti esistessero nel mondo reale. Potrebbero essere stati un capriccio della matematica complicata usata nell’allora ancora giovane teoria generale della relatività, che descrive la gravità.
Nel corso degli anni, tuttavia, si sono accumulate prove che i buchi neri sono molto reali e ne esistono anche nella nostra galassia.
Oggi un’altra strana predizione della relatività generale – i wormhole, quei fantastici tunnel che sbucherebbero dall’altra parte dell’universo – sono nella stessa situazione. Sono reali? E se sono là fuori nel nostro cosmo, gli umani potrebbero sperare di usarli per spostarsi?
Dopo la previsione della loro possibile esistenza nel 1935, la ricerca è sembrata puntare verso il nulla: i wormhole apparivano improbabili come un elemento della realtà. Ma un nuovo studio offre suggerimenti su come potrebbero sorgere e il processo potrebbe essere più semplice di quanto i fisici abbiano pensato a lungo.
L’idea della possibile esistenza dei wormhole è venuta dai fisici Albert Einstein e Nathan Rosen. Hanno studiato le strane equazioni che ora sappiamo descrivono quell’inevitabile sacca di spazio che chiamiamo buco nero e si sono chiesti cosa rappresentassero realmente.
Einstein e Rosen hanno scoperto che, almeno in teoria, la superficie di un buco nero potrebbe funzionare come un ponte che si collega a una seconda porzione di spazio. Il viaggio potrebbe essere qualcosa di simile a cadere nello scarico della tua vasca da bagno e invece di rimanere bloccato nei tubi, ne uscissi in un’altra vasca proprio come la prima.
Il lavoro successivo ha ampliato questa idea, ma ha rivelato due sfide persistenti che impediscono la formazione di wormhole facilmente individuabili e utilizzabili dall’uomo: fragilità e minuziosità. In primo luogo, si scopre che nella relatività generale, l’attrazione gravitazionale di qualsiasi materia normale che passa attraverso un wormhole agisce per chiudere il tunnel. Creare un wormhole stabile richiede la presenza di una sorta di ingrediente extra atipico che agisca per mantenere il buco aperto, che i ricercatori chiamano materia “esotica”.
In secondo luogo, i tipi di processi di creazione di wormhole che gli scienziati avevano studiato si basano su effetti che potrebbero impedire l’ingresso di un viaggiatore macroscopico. La sfida è che il processo che crea il wormhole e la materia esotica che lo stabilizza non può allontanarsi troppo dalla fisica familiare.
“Esotico” non significa che i fisici possano inventare qualsiasi tipo di cose che portino a termine il lavoro sulla carta. Ma finora, la fisica nota ha prodotto solo wormhole microscopici. Un wormhole più grande sembra richiedere un processo o un tipo di materia insolito e credibile.
“Questa è la delicatezza“, afferma Brianna Grado-White, fisica e ricercatrice di wormhole presso la Brandeis University.
Una svolta si è verificata alla fine del 2017, quando i fisici Ping Gao e Daniel Jafferis, entrambi all’università di Harvard, e Aron Wall, poi all’Institute for Advanced Study di Princeton, NJ, hanno scoperto un modo per puntellare i wormhole aperti attraverso l’entanglement quantistico, una sorta di connessione a lunga distanza tra entità quantistiche.
La natura peculiare dell’entanglement gli consente di fornire l’ingrediente esotico necessario per la stabilità del wormhole. E poiché l’entanglement è una caratteristica standard della fisica quantistica, è relativamente facile da creare.
“È davvero una bellissima idea teorica“, dice Nabil Iqbal, un fisico dell’Università di Durham in Inghilterra, che non era coinvolto nella ricerca. Sebbene il metodo aiuti a stabilizzare i wormhole, può comunque fornire solo quelli microscopici. Ma questo nuovo approccio ha ispirato un flusso di lavoro che utilizza il trucco dell’entanglement con diversi tipi di materia nella speranza di buchi più grandi e più duraturi.
Il problema dei wormhole
Un’idea facile da immaginare viene da uno studio di preprint di Iqbal e del suo collega della Durham University Simon Ross.
I due hanno cercato di vedere se potevano fare in modo che il metodo Gao-Jafferis-Wall producesse un grande wormhole. “Abbiamo pensato che sarebbe stato interessante, da un punto di vista fantascientifico, spingere i limiti e vedere se questa cosa possa esistere“, dice Iqbal. Il loro lavoro ha dimostrato come disturbi speciali all’interno dei campi magnetici che circondano un buco nero potrebbero, in teoria, generare wormhole stabili.
Sfortunatamente, l’effetto forma ancora solo wormhole microscopici e Iqbal dice che è altamente improbabile che la situazione si verifichi nella realtà.
Il lavoro di Iqbal e Ross evidenzia la parte delicata della costruzione del wormhole: trovare un processo realistico che non richieda di aggiungere che vada oltre i confini della fisica familiare.
Il fisico Juan Maldacena, dell’Institute for Advanced Study, che aveva suggerito connessioni tra wormhole e entanglement nel 2013, e il suo collaboratore Alexey Milekhin dell’Università di Princeton, hanno trovato un metodo che potrebbe produrre grandi tunnel spaziotemporali.
Il problema del loro approccio è che la misteriosa materia oscura che riempie il nostro universo deve comportarsi in un modo particolare e potremmo non vivere in un universo che lo permette. “Abbiamo una cassetta degli attrezzi limitata“, afferma Grado-White. “Per fare in modo che qualcosa appaia nel modo in cui ne abbiamo bisogno, ma ci sono così tante cose che possiamo fare con quella cassetta degli attrezzi“.
La ricerca continua.
Finora, non sembra probabile niente come una macchina per wormhole di dimensioni umane su ordinazione, ma i risultati mostrano progressi. “Stiamo imparando che possiamo, in effetti, costruire wormhole che rimangono aperti utilizzando semplici effetti quantistici“, afferma Grado-White. “Per molto tempo, non abbiamo pensato che queste cose fossero possibili da costruire, ora si è scoperto che possiamo“.
