Il paradosso dell’informazione del buco nero

Nell’ultimo secolo l’esplorazione dell’universo ha portato gli astronomi a doversi confrontare con fenomeni misteriosi e di difficile spiegazione come i buchi neri. Questi sono corpi celesti aventi un campo gravitazionale talmente elevato da inghiottire sia la materia che le radiazioni elettromagnetiche, in quanto consistono in una curvatura dello spazio-tempo abbastanza grande da non fare uscire nemmeno la luce, essendo la velocità di quest’ultima inferiore alla velocità di fuga.

Difatti, un raggio di luce emesso viene apparentemente piegato, rallentato e fatto tornare indietro al punto di origine. Tale proprietà, dall’esterno, fa sembrare i buchi neri privi di radiazioni e quindi non osservabili direttamente, ma solo per via indiretta tramite gli effetti che la loro influenza gravitazionale esercita sulla radiazione dei corpi celesti posti nelle vicinanze. 

Dalle teorie recenti pare che i buchi neri siano la conseguenza di implosioni di stelle aventi masse estremamente elevate, fenomeni in cui si verifica un collasso gravitazionale che tende a concentrare lo spazio-tempo in un punto. Qui si crea uno stato della materia con curvatura tendente all’infinito e volume tendente a zero che prende il nome di singolarità, le cui caratteristiche sfuggono alle leggi della relatività generale. La regione che delimita i confini del buco nero prende il nome di orizzonte degli eventi. 

Speculazioni sull’esistenza di corpi celesti di tale natura risalgono alla fine del XVIII secolo: John Mitchell e il Marchese di Laplace già avevano avanzato ipotesi sull’esistenza di corpi di massa talmente elevata da trattenere la propria luce grazie alla propria forza di gravità. Tuttavia, la prima formulazione scientifica si avrà solo come postulato della teoria della relatività generale di Einstein, che stravolse il concetto di gravitazione formulato da Newton.

Mentre lo scienziato inglese aveva interpretato la gravità come un campo (simile a quello che produce un magnete), per Einstein era invece una proprietà dello spazio stesso, in quanto tutti i corpi massicci curvano lo spazio che si trova attorno a sé. La relatività generale pose quindi le premesse per la possibilità che esistessero nello spazio corpi che, collassando su sé stessi, si concentrano in un punto a densità infinita.

Da allora furono raccolte numerose osservazioni interpretabili come prova della loro esistenza, finché non è arrivata la dimostrazione definitiva in alcuni sistemi binari di stelle, dove i gas “inghiottiti” dalla stella lì presente si surriscaldano e emettono dei raggi X, permettendo in tal modo la rivelazione dei buchi neri. 

La scoperta dei buchi neri ha però costretto la scienza a affrontare questioni ancora insolute, in particolare quella riguardante il destino dell’informazione quantistica degli oggetti che cadono in essi, che è diventata terreno di conflitto tra la meccanica quantistica e la relatività generale. Sebbene questi due ambiti hanno oggetti di studio diversi (la prima si occupa del microcosmo, la seconda del macrocosmo), il caso dei buchi neri è di competenza di entrambe e ha messo a nudo come le due teorie abbiano presupposti completamente diversi e siano incompatibili tra loro e, di conseguenza, quando applicate per risolvere uno stesso problema offrono soluzioni in contraddizione tra loro.

Infatti, mentre la meccanica quantistica richiede a priori che l’informazione viene sempre conservata, la relatività generale sostiene che essa viene distrutta dalla singolarità di un buco nero. 

Quando un oggetto cade in un buco nero è come se la sua informazione quantistica andasse perduta, infrangendo le regole della meccanica quantistica. Per far rientrare questo fenomeno sotto i principi della fisica, si è ipotizzato che quando un buco nero inghiotte un oggetto il primo aumenta la sua massa a sufficienza per conservare l’informazione quantistica del secondo, ma questa spiegazione è stata completamente confutata dalla scoperta delle radiazioni di Hawking.  

Nel 1974 il fisico britannico Stephen Hawking dimostrò come i buchi neri lentamente “evaporano”, perdevano massa emettendo fuori dall’orizzonte degli eventi particelle che non sembravano correlate all’informazione codificata dal buco nero, che quindi risultava impossibile da recuperare, rendendo così plausibile la possibilità che svanisse completamente. Lo stesso Hawking, resosi conto immediatamente del problema, propose una modifica dei principi della meccanica quantistica per risolvere questo paradosso. 

Da allora sono state avanzate numerose teorie che propongono una soluzione di questo dilemma sostenendo che l’informazione viene in qualche modo conservata: nel 1997 la corrispondenza Ads/CFT ha proposto che le radiazioni di Hawking non siano termiche ma ricevono correzioni quantistiche, ha poi ottenuto un certo consenso la teoria per la quale l’informazione resta contenuta in un residuo planckiano posto alla fine delle radiazioni, mentre nella nuova Teoria delle Stringhe il paradosso non si presenta. Infine, nel 2005 Stephen Hawking pubblicò un articolo in cui sosteneva la presenza di perturbazioni quantiche nell’orizzonte degli eventi che permetterebbero all’informazione di sfuggire dal buco nero.  

Dopo 50 anni il problema sollevato da Hawking non ha ancora trovato una soluzione definitiva. Chissà in che modo la scienza, nel suo viaggio alla scoperta dell’ignoto, saprà risolvere quest’ennesimo rompicapo….  

Fonti: 

www.studenti.it 

www.astronomiamo.it 

www.astronomia.com 

www.focus.it 

www.cronachedalsilenzio.it 

www.weird.it 

1 commento

  1. Come sempre anche su temi scientifici e specialistici dimostri notevoli capacità di sintesi e di chiarezza divulgativa.. Bravissimo

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