Credito d'immagine: NASA
Stephen Hawking e Kip Thorne potrebbero dover John Preskill a una serie di enciclopedie.
Nel 1997, i tre cosmologi hanno fatto una scommessa famosa sul fatto che le informazioni che entrano in un buco nero cessano di esistere, cioè se l'interno di un buco nero viene completamente modificato dalle caratteristiche delle particelle che vi entrano.
La ricerca di Hawking ha suggerito che le particelle non hanno alcun effetto. Ma la sua teoria ha violato le leggi della meccanica quantistica e ha creato una contraddizione nota come il "paradosso dell'informazione".
Ora i fisici della Ohio State University hanno proposto una soluzione usando la teoria delle stringhe, una teoria che sostiene che tutte le particelle nell'universo sono fatte di minuscole stringhe vibranti.
Samir Mathur e i suoi colleghi hanno derivato una vasta serie di equazioni che suggeriscono fortemente che le informazioni continuano ad esistere, legate in un gigantesco groviglio di stringhe che riempie un buco nero dal suo nucleo alla sua superficie.
La scoperta suggerisce che i buchi neri non sono entità lisce e senza caratteristiche, come gli scienziati hanno a lungo pensato.
Invece, sono "fuzzballs" spinose.
Mathur, professore di fisica presso l'Ohio State, sospetta che Hawking e Thorne non saranno particolarmente sorpresi dal risultato dello studio, che appare nel numero del 1 ° marzo della rivista Nuclear Physics B.
Nella loro scommessa, Hawking, professore di matematica all'Università di Cambridge, e Thorne, professore di fisica teorica a Caltech, scommettono che le informazioni che entrano in un buco nero vengono distrutte, mentre Preskill - anche professore di fisica teorica a Caltech - ha preso il vista opposta. La posta in gioco era un insieme di enciclopedie.
"Penso che la maggior parte delle persone abbia rinunciato all'idea che le informazioni fossero state distrutte una volta che l'idea della teoria delle stringhe è diventata importante nel 1995". Disse Mathur. "È solo che nessuno è stato in grado di provare che le informazioni sopravvivono prima d'ora."
Nel modello classico di come si formano i buchi neri, un oggetto supermassiccio, come una stella gigante, collassa per formare un piccolissimo punto di gravità infinita, chiamato singolarità. Una regione speciale nello spazio circonda la singolarità e ogni oggetto che attraversa il confine della regione, noto come orizzonte degli eventi, viene trascinato nel buco nero, per non tornare mai più.
In teoria, nemmeno la luce può sfuggire da un buco nero.
Il diametro dell'orizzonte degli eventi dipende dalla massa dell'oggetto che lo ha formato. Ad esempio, se il sole crollasse in una singolarità, il suo orizzonte degli eventi misurerebbe circa 3 chilometri (1,9 miglia) di diametro. Se la Terra seguisse l'esempio, il suo orizzonte degli eventi misurerebbe solo 1 centimetro (0,4 pollici).
Quanto a ciò che si trova nella regione tra una singolarità e il suo orizzonte degli eventi, i fisici hanno sempre disegnato un vuoto, letteralmente. Indipendentemente dal tipo di materiale che costituiva la singolarità, l'area all'interno dell'orizzonte degli eventi doveva essere priva di qualsiasi struttura o caratteristica misurabile.
E qui sta il problema.
"Il problema con la teoria classica è che potresti usare qualsiasi combinazione di particelle per creare il buco nero - protoni, elettroni, stelle, pianeti, qualunque cosa - e non farebbe alcuna differenza. Devono esserci miliardi di modi per creare un buco nero, ma con il modello classico lo stato finale del sistema è sempre lo stesso ,? Disse Mathur.
Quel tipo di uniformità viola la legge meccanica quantistica della reversibilità, ha spiegato. I fisici devono essere in grado di tracciare il prodotto finale di qualsiasi processo, incluso il processo che crea un buco nero, fino alle condizioni che lo hanno creato.
Se tutti i buchi neri sono uguali, allora nessun buco nero può essere ricondotto al suo inizio unico e qualsiasi informazione sulle particelle che lo hanno creato viene persa per sempre nel momento in cui si forma il buco.
"Nessuno ci crede davvero ora, ma nessuno potrebbe mai trovare qualcosa di sbagliato nell'argomento classico, neanche?" Disse Mathur. "Ora possiamo proporre cosa è andato storto."
Nel 2000, i teorici delle stringhe hanno nominato il paradosso delle informazioni numero otto nella loro lista dei primi dieci problemi di fisica da risolvere nel prossimo millennio. Quell'elenco includeva domande come? Qual è la durata di un protone ?? e come può la gravità quantistica aiutare a spiegare l'origine dell'universo ??
Mathur iniziò a lavorare sul paradosso dell'informazione quando era professore assistente presso il Massachusetts Institute of Technology e attaccò il problema a tempo pieno dopo essersi unito alla facoltà dello Stato dell'Ohio nel 2000.
Con il ricercatore post-dottorato Oleg Lunin, Mathur ha calcolato la struttura degli oggetti che si trovano tra stati di stringa semplici e grandi buchi neri classici. Invece di essere piccoli oggetti, si sono rivelati grandi. Di recente, lui e due studenti di dottorato - Ashish Saxena e Yogesh Srivastava - hanno scoperto che la stessa immagine di un? Fuzzball? ha continuato a essere vero per gli oggetti più simili a un classico buco nero. Questi nuovi risultati compaiono in Fisica nucleare B.
Secondo la teoria delle stringhe, tutte le particelle fondamentali dell'universo - protoni, neutroni ed elettroni - sono costituite da diverse combinazioni di stringhe. Ma minuscole come le stringhe, Mathur crede che possano formare grandi buchi neri attraverso un fenomeno chiamato tensione frazionata.
Le corde sono estensibili, ha detto, ma ognuna ha una certa tensione, così come una corda di chitarra. Con la tensione frazionaria, la tensione diminuisce man mano che la corda si allunga.
Proprio come una lunga corda di chitarra è più facile da pizzicare rispetto a una corta di chitarra, un lungo filamento di corde meccaniche quantistiche unite insieme è più facile da allungare di una singola corda, ha detto Mathur.
Quindi quando un gran numero di stringhe si uniscono, come farebbero per formare le molte particelle necessarie per un oggetto molto massiccio come un buco nero, la sfera di corda combinata è molto elastica e si espande fino ad un diametro largo.
Quando i fisici dello stato dell'Ohio derivarono la loro formula per il diametro di un buco nero sfocato fatto di stringhe, scoprirono che corrispondeva al diametro dell'orizzonte degli eventi del buco nero suggerito dal modello classico.
Poiché la congettura di Mathur suggerisce che le stringhe continuano a esistere all'interno del buco nero, e la natura delle stringhe dipende dalle particelle che costituivano il materiale originale, quindi ogni buco nero è unico come le stelle, i pianeti o la galassia che lo ha formato. Anche le stringhe di qualsiasi materiale successivo che entra nel buco nero rimarrebbero tracciabili.
Ciò significa che un buco nero può essere ricondotto alle sue condizioni originali e le informazioni sopravvivono.
Questa ricerca è stata supportata in parte dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
Fonte originale: Comunicato stampa della Ohio State University
