I buchi neri, una regione di spazio capace di trattenere anche la luce: ma è realmente così?

La stragrande maggioranza del grande pubblico, pensando ai buchi neri, immagina una regione di spazio dalla quale nemmeno la luce riesce ad uscire. In pochi sanno che questo principio di base è stato effettivamente smentito dalla teoria della meccanica quantistica, come spiega il fisico teorico Edward Witten dell’Institute for Advanced Study di Princeton, in un saggio pubblicato nella giornata di ieri nella rivista Science. I buchi neri, nel quadro della fisica classica, sono oggetti estremamente densi dove spazio e tempo sono così distorti che nulla può sfuggire dalle loro mani gravitazionali. In un altro saggio nello stesso numero di Science, il fisico teorico del Caltech, Kip Thorne, li descrive come “oggetti realizzati interamente ed esclusivamente dalla curvatura spazio-temporale”. Ma questa immagine di base sembra contraddire le leggi della meccanica quantistica, che governa gli elementi più piccoli dell’universo. “Quello che si ottiene dalla classica relatività generale, e anche quello che tutti capiscono di un buco nero, è che è in grado di assorbire tutto ciò che si avvicina, ma non può emettere nulla. Ma la meccanica quantistica non permette ad un tale oggetto di esistere”, ha detto il ricercatore a podcast Science questa settimana. “In meccanica quantistica, se è possibile una reazione, è anche possibile la reazione opposta”, spiega Witten. I processi devono essere reversibili. Così, se una persona può essere inghiottita da un buco nero per creare un buco nero leggermente più pesante, un buco nero pesante dovrebbe essere in grado di sputare una persona e diventare un buco nero leggermente più chiaro. Eppure, nulla è dovuto fuggire dai buchi neri.


credit: NASA

Per risolvere il dilemma, i fisici guardano al concetto di entropia, una misura del disordine o casualità. Le leggi di stato della termodinamica nel mondo macroscopico, affermano che è impossibile ridurre l’entropia dell’universo – che può solo aumentare. Se una persona dovesse cadere in un buco nero, l’entropia aumenterebbe. Se la persona dovesse essere espulsa nuovamente fuori da esso, il conteggio dell’entropia universale diminuirebbe. Per la stessa ragione, l’acqua può fuoriuscire da una coppa sul pavimento, ma non fluirà dal pavimento in una tazza. Questo principio sembra spiegare perché il processo del decadimento della materia in un buco nero non può essere invertito, ma si applica solo a livello macroscopico. Il fisico Stephen Hawking ha predetto che i buchi neri emettono spontaneamente particelle in un processo che lui soprannominò radiazione di Hawking. Così, la meccanica quantistica ha confutato uno dei principi fondamentali dei buchi neri: che nulla può sfuggire. “Anche se un buco nero non emette un astronauta o un tavolo o una sedia, in pratica, può sicuramente emettere una particella ordinaria elementare o un atomo“, ha spiegato Witten. Tuttavia, gli scienziati devono ancora osservare la radiazione di Hawking. “Purtroppo, i soliti buchi neri astrofisici, formati da collasso stellare o nei centri delle galassie, sono troppo grandi e troppo lontani affinchè i loro dettagli microscopici possano essere rilevanti“, ha scritto Witten. Il saggio di Witten riassume lo stato della ricerca sui buchi neri.
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