Quindi eccoti qui, per saltare in un buco nero. Cosa potrebbe forse aspettare, contro ogni previsione, in qualche modo sopravvivere? Dove finiresti e quali racconti allettanti saresti in grado di rivalutare se riuscissi a clamore sulla via del ritorno?
La semplice risposta a tutte queste domande è, come spiega il professor Richard Massey, "Chi lo sa?" Come ricercatore della Royal Society presso l'Institute for Computational Cosmology della Durham University, Massey è pienamente consapevole del fatto che i misteri dei buchi neri sono profondi. "Cadere attraverso un orizzonte degli eventi sta letteralmente oltrepassando il velo - una volta che qualcuno lo supera, nessuno potrà più rispedire un messaggio", ha detto. "Sarebbero fatti a pezzi dall'enorme gravità, quindi dubito che chiunque cadrà potrebbe arrivare ovunque."
Se sembra una risposta deludente e dolorosa, allora è prevedibile. Sin da quando la teoria della relatività generale di Albert Einstein aveva previsto i buchi neri collegando lo spazio-tempo con l'azione della gravità, è noto che i buchi neri derivano dalla morte di una stella massiccia che lascia dietro di sé un nucleo piccolo e denso. Supponendo che questo nucleo abbia più o meno tre volte la massa del sole, la gravità sarebbe sopraffatta a tal punto da cadere su se stessa in un singolo punto, o singolarità, intesa come il nucleo infinitamente denso del buco nero.
Il buco nero inabitabile risultante avrebbe una forza gravitazionale così potente che nemmeno la luce potrebbe evitarlo. Quindi, se dovessi trovarti all'orizzonte degli eventi - il punto in cui luce e materia possono solo passare all'interno, come proposto dall'astronomo tedesco Karl Schwarzschild - non c'è scampo. Secondo Massey, le forze di marea ridurrebbero il tuo corpo in filamenti di atomi (o "spaghettificazione", come è anche noto) e l'oggetto finirebbe per essere schiacciato dalla singolarità. L'idea che potresti uscire da qualche parte - forse dall'altra parte - sembra assolutamente fantastica.
Che ne dici di un wormhole?
O è? Nel corso degli anni gli scienziati hanno esaminato la possibilità che i buchi neri possano essere buchi di worm per altre galassie. Possono anche essere, come alcuni hanno suggerito, un percorso verso un altro universo.
Un'idea del genere è in circolazione da qualche tempo: Einstein si unì a Nathan Rosen per teorizzare ponti che collegano due diversi punti nello spazio-tempo nel 1935. Ma ottenne un nuovo terreno negli anni '80 quando il fisico Kip Thorne - uno dei mondo i maggiori esperti delle implicazioni astrofisiche della teoria della relatività generale di Einstein - hanno sollevato una discussione sul fatto che gli oggetti potessero attraversarli fisicamente.
"Leggere il famoso libro di Kip Thorne sui wormhole è ciò che mi ha entusiasmato per la prima volta da bambino", ha detto Massey. Ma non sembra probabile che esistano wormhole.
Infatti, Thorne, che ha prestato la sua consulenza di esperti al team di produzione per il film di Hollywood Interstellar, ha scritto: "Non vediamo oggetti nel nostro universo che potrebbero diventare buche mentre invecchiano", nel suo libro "The Science of Interstellar" (WW Norton and Company, 2014). Thorne ha detto a Space.com che i viaggi attraverso questi tunnel teorici rimarrebbero molto probabilmente fantascienza, e di certo non ci sono prove certe che un buco nero possa consentire un simile passaggio.
Ma il problema è che non possiamo avvicinarci per vedere da soli. Perché, non possiamo nemmeno fotografare qualsiasi cosa avvenga all'interno di un buco nero - se la luce non può sfuggire alla loro immensa gravità, allora nulla può essere scattato da una macchina fotografica. Allo stato attuale, la teoria suggerisce che tutto ciò che va oltre l'orizzonte degli eventi viene semplicemente aggiunto al buco nero e, inoltre, poiché il tempo si distorce vicino a questo limite, questo sembrerà avvenire incredibilmente lentamente, quindi le risposte non saranno veloci prossimo.
"Penso che la storia standard sia che portano alla fine dei tempi", ha dichiarato Douglas Finkbeiner, professore di astronomia e fisica all'Università di Harvard. "Un osservatore lontano non vedrà il loro amico astronauta cadere nel buco nero. Diverranno sempre più rossi e più deboli man mano che si avvicinano all'orizzonte degli eventi. Ma l'amico cade proprio in un posto oltre" per sempre ". Qualsiasi cosa significhi."
Forse un buco nero porta a un buco bianco
Certamente, se i buchi neri conducono a un'altra parte di una galassia o un altro universo, dovrebbe esserci qualcosa di opposto a loro dall'altra parte. Potrebbe essere questo un buco bianco - una teoria avanzata dal cosmologo russo Igor Novikov nel 1964? Novikov ha proposto che un buco nero si colleghi a un buco bianco che esiste in passato. A differenza di un buco nero, un buco bianco permetterà alla luce e alla materia di uscire, ma la luce e la materia non saranno in grado di entrare.
Gli scienziati hanno continuato a esplorare la potenziale connessione tra buchi bianchi e neri. Nel loro studio del 2014 pubblicato sulla rivista Physical Review D, i fisici Carlo Rovelli e Hal M. Haggard affermarono che "esiste una metrica classica che soddisfa le equazioni di Einstein al di fuori di una regione spazio-temporale finita dove la materia collassa in un buco nero e poi emerge da un po 'di buco ". In altre parole, tutto il materiale che i buchi neri hanno ingoiato potrebbe essere vomitato e i buchi neri potrebbero diventare buchi bianchi quando muoiono.
Lungi dal distruggere le informazioni che assorbe, il collasso di un buco nero sarebbe fermato. Avrebbe invece sperimentato un rimbalzo quantico, permettendo alle informazioni di sfuggire. In tal caso, farebbe luce su una proposta dell'ex cosmologo e fisico teorico dell'Università di Cambridge Stephen Hawking che, negli anni '70, esplorò la possibilità che i buchi neri emettessero particelle e radiazioni - calore termico - a seguito di fluttuazioni quantiche .
"Hawking ha detto che un buco nero non dura per sempre", ha detto Finkbeiner. Hawking calcolò che la radiazione avrebbe causato la perdita di energia, la riduzione e la scomparsa di un buco nero, come descritto nel suo articolo del 1976 pubblicato sulla rivista Physical Review D. Considerando le sue affermazioni secondo cui le radiazioni emesse sarebbero state casuali e non contenevano informazioni su ciò che era caduto, il buco nero, alla sua esplosione, cancellerebbe un sacco di informazioni.
Ciò significava che l'idea di Hawking era in contrasto con la teoria quantistica, secondo la quale le informazioni non possono essere distrutte. La fisica afferma che le informazioni diventano più difficili da trovare perché, se si perdono, diventa impossibile conoscere il passato o il futuro. L'idea di Hawking ha portato al "paradosso delle informazioni sul buco nero" e ha a lungo confuso gli scienziati. Alcuni hanno affermato che Hawking aveva semplicemente torto, e l'uomo stesso ha persino dichiarato di aver commesso un errore durante una conferenza scientifica a Dublino nel 2004.
Quindi, torniamo al concetto di buchi neri che emettono informazioni conservate e le gettano via attraverso un buco bianco? Può essere. Nel loro studio del 2013 pubblicato su Physical Review Letters, Jorge Pullin presso la Louisiana State University e Rodolfo Gambini presso l'Università della Repubblica di Montevideo, in Uruguay, hanno applicato la gravità quantistica ad anello a un buco nero e hanno scoperto che la gravità aumentava verso il nucleo ma si riduceva e si protendeva qualunque cosa stesse entrando in un'altra regione dell'universo. I risultati hanno dato ulteriore credito all'idea che i buchi neri fungano da portale. In questo studio, la singolarità non esiste e quindi non forma una barriera impenetrabile che finisce per schiacciare tutto ciò che incontra. Significa anche che le informazioni non scompaiono.
Forse i buchi neri non vanno da nessuna parte
Eppure i fisici Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski e James Sully credevano ancora che Hawking avrebbe potuto fare qualcosa. Hanno lavorato su una teoria che è diventata nota come firewall AMPS o ipotesi del firewall black hole. Secondo i loro calcoli, la meccanica quantistica potrebbe concretamente trasformare l'orizzonte degli eventi in un gigantesco muro di fuoco e qualsiasi cosa entrando in contatto brucerebbe in un istante. In tal senso, i buchi neri non portano da nessuna parte perché nulla potrebbe mai entrare all'interno.
Ciò, tuttavia, viola la teoria generale della relatività di Einstein. Qualcuno che attraversi l'orizzonte degli eventi non dovrebbe in realtà provare grandi difficoltà perché un oggetto sarebbe in caduta libera e, in base al principio di equivalenza, quell'oggetto - o persona - non avvertirebbe gli effetti estremi della gravità. Potrebbe seguire le leggi della fisica presenti altrove nell'universo, ma anche se non andasse contro il principio di Einstein minerebbe la teoria dei campi quantistici o suggerirebbe la perdita di informazioni.
Un buco nero di incertezza
Fai di nuovo Hawking ancora una volta. Nel 2014, ha pubblicato uno studio in cui ha evitato l'esistenza di un orizzonte degli eventi - il che significa che non c'è nulla da bruciare - dicendo che il collasso gravitazionale produrrebbe invece un "orizzonte apparente".
Questo orizzonte sospenderebbe i raggi di luce nel tentativo di allontanarsi dal nucleo del buco nero e persisterebbe per un "periodo di tempo". Nel suo ripensamento, gli orizzonti apparenti trattengono temporaneamente la materia e l'energia prima di dissolversi e rilasciarli in seguito lungo la linea. Questa spiegazione si adatta meglio alla teoria quantistica - che dice che le informazioni non possono essere distrutte - e, se mai provato, suggerisce che qualcosa potrebbe sfuggire a un buco nero.
Hawking arrivò al punto di dire che non potevano nemmeno esistere buchi neri. "I buchi neri dovrebbero essere ridefiniti come stati legati metastabili del campo gravitazionale", ha scritto. Non ci sarebbe singolarità, e mentre il campo apparente si sposta verso l'interno a causa della gravità, non raggiungerebbe mai il centro e si consoliderebbe in una massa densa.
Eppure tutto ciò che viene emesso non sarà nella forma delle informazioni ingerite. Sarebbe impossibile capire cosa è accaduto osservando ciò che sta uscendo, il che causa problemi propri - non da ultimo, diciamo, per un umano che si è trovato in una posizione così allarmante. Non avrebbero mai più provato lo stesso!
Una cosa è certa, questo particolare mistero inghiottirà molte altre ore scientifiche per molto tempo a venire. Rovelli e Francesca Vidotto hanno recentemente suggerito che un componente della materia oscura potrebbe essere formato da resti di buchi neri evaporati, e la carta di Hawking su buchi neri e "capelli morbidi" è stata rilasciata nel 2018, e descrive come particelle di energia zero sono lasciate intorno al punto di non ritorno, l'orizzonte degli eventi - un'idea che suggerisce che le informazioni non vengono perse ma catturate.
Questo volò di fronte al teorema del no-hair che fu espresso dal fisico John Archibald Wheeler e operò sulla base del fatto che due buchi neri sarebbero stati indistinguibili da un osservatore perché nessuna delle pseudo-cariche della fisica delle particelle speciali sarebbe stata conservata. È un'idea che ha fatto parlare gli scienziati, ma c'è un modo per andare prima che sia vista come la risposta a dove conducono i buchi neri. Se solo potessimo trovare un modo per saltarci dentro.
