Cameron Merritt
0 
1037
185
I buchi neri sono tra i luoghi più misteriosi dell'universo; luoghi in cui il tessuto stesso dello spazio e del tempo è deformato in modo così grave che nemmeno la luce può sfuggirne. Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, al loro centro si trova una singolarità, un luogo in cui la massa di molte stelle è schiacciata in un volume di dimensione esattamente zero. Tuttavia, due recenti articoli di fisica, pubblicati il 10 dicembre nelle riviste Physical Review Letters e Physical Review D, rispettivamente, potrebbero indurre gli scienziati a riconsiderare ciò che pensiamo di sapere sui buchi neri. I buchi neri potrebbero non durare per sempre, ed è possibile che abbiamo completamente frainteso la loro natura e il loro aspetto al centro, secondo i giornali. [Le idee più estreme di Stephen Hawking sui buchi neri]
Il limite della fisica di Einstein
Astronomi e fisici sostengono da tempo che l'idea di una singolarità deve essere semplicemente sbagliata. Se un oggetto con massa non ha dimensioni, allora ha densità infinita. E, per quanto i ricercatori facciano il giro della parola "infinito", infiniti di quel tipo non esistono in natura. Invece, quando incontri un infinito in una situazione scientifica reale, fisica, ciò che significa veramente è che hai spinto la tua matematica oltre il regno in cui si applica. Hai bisogno di nuova matematica.
È facile fornire un esempio familiare di questo. La legge di gravità di Newton dice che la forza dell'attrazione gravitazionale cambia come una sulla distanza al quadrato tra due oggetti. Quindi, se prendessi una palla situata lontano dalla Terra, subirebbe un certo peso. Quindi, avvicinandolo alla Terra, il peso aumenterebbe. Portando quell'equazione all'estremo, avvicinando l'oggetto al centro della Terra, sperimenterebbe una forza infinita. Ma non è così.
Invece, quando avvicini l'oggetto alla superficie della Terra, la semplice legge di gravità di Newton non si applica più. Devi prendere in considerazione l'effettiva distribuzione della massa terrestre, e questo significa che devi usare equazioni diverse e più complesse che predicono comportamenti diversi. Allo stesso modo, mentre la teoria della relatività generale di Einstein predice che esiste una singolarità di densità infinita al centro dei buchi neri, questo non può essere vero. A dimensioni molto piccole, deve entrare in gioco una nuova teoria della gravità. Abbiamo un nome generico per questa nuova teoria: si chiama gravità quantistica. [8 modi per vedere la teoria della relatività di Einstein nella vita reale]
Il nome gravità quantistica significa semplicemente "gravità alle scale più piccole", ma la frase non implica una teoria specifica. Tuttavia, sono state avanzate proposte teoriche specifiche che descriverebbero la gravità così com'è nel microcosmo. Una proposta è chiamata gravità quantistica ad anello.
La gravità quantistica ad anello è ben definita matematicamente ed esprime il tessuto dello spazio-tempo come un reticolo di reti di spin, che si evolvono nel tempo. Le reti di spin sono solo una formulazione matematica che descrive come interagiscono particelle e campi. Da un punto di vista più pratico, la gravità quantistica a loop predice che lo spazio-tempo è quantizzato, con un'unità o un pezzo di spazio e tempo più piccolo possibile, oltre il quale lo spazio-tempo non può essere ulteriormente suddiviso.
La gravità quantistica a loop è una difficile teoria matematica che ha resistito alla realizzazione di previsioni verificabili all'interno dei buchi neri. Tuttavia, Abhay Ashtekar e Javier Olmedo della Pennsylvania State University e Parampreet Singh della Louisiana State University hanno applicato la gravità quantistica ad anello al centro dei buchi neri. Affermano che il risultato non è una singolarità.
Il loro calcolo prevede che lo spazio-tempo abbia una curvatura molto forte vicino al centro del buco nero. Il risultato è che lo spazio-tempo continua in una regione del futuro che ha la struttura di un buco bianco. Un buco bianco è come un buco nero al contrario, il che significa che a differenza di un buco nero, che attira la materia, un buco bianco spara fuori la materia.
C'è forse un altro modo per immaginare cosa stanno prevedendo. È noto che in forti campi gravitazionali il tempo rallenta. E i buchi neri contengono i campi gravitazionali più forti dell'universo. Per questo motivo, una possibile interpretazione di questo nuovo lavoro è che la materia cade in un buco nero e poi "rimbalza", proiettando indietro la massa attraverso il cosmo. Poiché il tempo è così lento vicino al centro di un buco nero, quel processo richiede semplicemente un'enorme quantità di tempo. Se i ricercatori hanno ragione, in un futuro molto lontano, dove ora ci sono buchi neri, la materia scoppierà, diffondendo materia in tutto il cosmo.
Come sempre nella scienza teorica, ci sono molte idee interessanti e provocatorie che semplicemente non sono vere, e questa potrebbe essere una di queste. Quindi è importante vedere se esiste un supporto sperimentale per idee teoriche come queste.
Ci sono alcune possibilità. Gli scienziati hanno osservato fenomeni di energia molto elevata nello spazio che non sono stati completamente spiegati. Uno è l'esistenza di raggi cosmici di altissima energia che colpiscono l'atmosfera terrestre. Un altro è quello che viene chiamato "burst radio veloce", ovvero quando si osserva una grande quantità di energia radio in un lasso di tempo molto breve. Entrambi questi fenomeni potrebbero, almeno in linea di principio, essere la firma di un buco nero che passa a un buco bianco.
È certamente prematuro accettare questa nuova interessante idea. Invece, sarebbe prudente vedere come si svolgono i calcoli in corso che utilizzano la gravità quantistica a loop. Se le previsioni migliorano e iniziano ad assomigliare di più ad alcuni dei fenomeni astronomici osservati inspiegabili, potrebbe essere che questo nuovo risultato spiegherà sia come funziona la gravità quantistica sia rimodellerà la nostra comprensione sia del passato che del futuro del nostro universo..
- I più grandi misteri irrisolti in fisica
- Cos'è quello? Risposte alle tue domande di fisica
- Fatto o finzione scientifica? La plausibilità di 10 concetti di fantascienza
Pubblicato originariamente su .
Don Lincoln è un ricercatore di fisica presso Fermilab. È l'autore di "The Large Hadron Collider: La straordinaria storia del bosone di Higgs e altre cose che ti lasceranno a bocca aperta"(Johns Hopkins University Press, 2014), e produce una serie di insegnamenti scientifici video. Seguitelo su Facebook. Le opinioni espresse in questo commento sono le sue.
Don Lincoln ha contribuito con questo articolo a 's Voci di esperti: Op-Ed e approfondimenti.