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Dove il tempo si ferma. La nuova teoria sui buchi neri di Stephen W. Hawking

Le ricerche per individuare dei mini buchi neri di questa massa finora non hanno avuto successo. E’ un peccato perché, se ne avessero trovato uno, io avrei ottenuto il premio Nobel.

Stephen W. Hawking, Dove il tempo si ferma. La nuova teoria sui buchi neri

In questo breve testo divulgativo sono contenute le conversazioni di Hawking trasmesse nelle Reith Lectures dalla BBC, il programma radio in cui annualmente viene invitato un esperto di scienza o altro argomento a tenere una conferenza su temi scientifico-culturali.

Il proposito del grande scienziato è stato tradurre brevemente e in un linguaggio accessibile una vita di studio e ricerca sui buchi neri, sulle loro peculiarità e sull’informazione in essi contenuta, sulla natura dello spaziotempo e sul possibile connubio fra la relatività di Einstein e la meccanica quantistica.

Approfondimento: ascolta i podcast delle Reith Lectures dedicate all’argomento

La struttura del testo

Inframmezzati alle parole di Hawking si trovano puntuali le spiegazioni di David Shukman, responsabile scientifico della BBC News, che forniscono ulteriori chiarimenti quando la materia si fa più ostica.

L’edizione italiana si conclude con la postfazione di Marco Cattaneo, fisico e direttore di Le Scienze, che condensa mirabilmente un excursus storico dello studio dei buchi neri, dal raggio di Schwarzschild che determina l’orizzonte degli eventi alle controverse – e veritiere – dimostrazioni di Chandrasekhar, dalle equazioni di Einstein, dal “vulcanico” John Wheeler e dalla radiazione di Hawking sino alla data epocale dell’11 febbraio 2016, quando le collaborazioni LIGO e Virgo hanno rilevato per la prima volta le onde gravitazionali previste dalla relatività generale attraverso l’interferometro laser.

VIDEO: una visita all’interferometro Virgo in provincia di Pisa

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Il contenuto

Hawking procede con un ordine cronologico che, riprendendo i punti salienti della ricerca sui buchi neri e i grandi nomi della fisica e della cosmologia che di questo studio si sono occupati, definisce progressivamente i buchi neri stessi in termini di formazione, proprietà e possibilità di ricavarne informazioni relativamente alla materia da essi inglobata.

Questi oggetti, nati dal collasso gravitazionale di stelle talmente massive da non potersi trasformare in nane bianche o stelle di neutroni, presentano una riduzione a un punto, la singolarità, in cui vigono leggi fisiche lontane sia dal senso comune sia dalle equazioni di Einstein: densità infinita e assenza di tempo.
In prossimità dell’orizzonte degli eventi la curvatura dello spaziotempo, visibile in quanto gravità, diventa anch’essa infinita e viene seguita da qualunque oggetto si trovi sufficientemente vicino al buco nero, compresa la stessa luce.

Immagine del disco di accrescimento di un buco nero
Rappresentazione del disco di accrescimento di un buco nero – Credito 1

Hawking racconta come un rinnovato interesse per l’argomento si ebbe dopo la pausa più o meno obbligata della seconda guerra mondiale in seguito all’individuazione dei quasar e narra, non senza ironia, come il termine “buco nero” sostituì in effetti quello di “stella congelata“, destando sospetti da parte dei francesi che rilevarono subito il doppio senso.
L’affermazione di Wheeler “un buco nero non ha peli” non fece che confermare la visione dei francesi ma ben descrisse la mancanza di orpelli di questa mostruosità cosmica: semplicemente massa, momento angolare (stato di rotazione) e carica elettrica.

Le rimanenti pagine del saggio vertono quindi sulla questione dell’informazione, sulla possibilità di recuperarla o sul saperla irrimediabilmente perduta perché, se niente può uscire da un buco nero e se la sua entropia è incalcolabile, allora non esiste certezza del passato né possibilità di prevedere il futuro, e dunque decade il determinismo scientifico.

La ricerca di Stephen W. Hawking

Il lavoro dello scienziato, durato una vita, ha avuto come fulcro proprio il tentativo di estrapolare una legge fisica che potesse conciliare relatività einsteniana, per la quale ciò che entra a far parte di un buco nero va a costituire informazione perduta, e meccanica quantistica per cui, nonostante il principio di indeterminazione di Heisenberg, resterebbe aperta la possibilità di calcolare lo stato quantico con una certa precisione, conservando la visione deterministica dell’universo.

In particolare, durante il suo prendere in considerazione teorie di illustri colleghi del passato e suoi contemporanei, individuò quella che diventò la radiazione di Hawking, legata al concetto di evaporazione dei buchi neri e basata sul continuo materializzarsi di coppie di particella e antiparticella delle quali, in prossimità di un buco nero, una potrebbe finire oltre l’orizzonte degli eventi mentre l’altra rimanere libera e non annichilirsi (in mancanza della controparte) apparendo come un’emissione del buco nero stesso.

Affinché il processo sia rilevabile con certezza occorrerebbe tuttavia osservarlo presso un buco nero di piccole dimensioni, ossia laddove lo scorrere del tempo non sia lento al punto da rendere invisibile il fenomeno.

L’individuazione di siffatti buchi neri tuttavia al momento non ha avuto successo, spingendo il fisico a scherzare sul conseguente mancato premio Nobel.

Buco nero supermassiccio nel nucleo della galassia ellittica Messier 87
Il buco nero supermassiccio nel nucleo della galassia ellittica Messier 87 nella costellazione della Vergine. Si tratta della prima foto diretta di un buco nero, realizzata dal progetto internazionale Event Horizon Telescope – Credito 2

La naturale curiosità di Hawking e, a suo dire, il tempo che la sua disabilità gli ha concesso per viaggiare con la mente, gli hanno permesso di porsi domande coraggiose e di rimanere su un piano scientifico nell’affrontare argomenti filosofici, alla ricerca di risposte sull’origine e sul destino dell’universo, in un’ottica non necessariamente consolatoria ma sempre entusiasta dell’esistente.

Alla fine della sua vita, di appena due anni successiva alla pubblicazione di questo libro, Hawking stava ancora lavorando a un progetto di studio sulla supertraslazione, di cui il libro riporta un abstract: la possibilità che l’informazione si conservi sull’orizzonte degli eventi sotto forma di ologramma bidimensionale.

Prospettive sul futuro

Le controversie e i paradossi sull’informazione dei buchi neri, ad oggi ancora irrisolti, mantengono alta la curiosità e l’interesse della comunità scientifica e degli appassionati.

E’ possibile che le nuove frontiere di osservazione come quelle offerte dalle onde gravitazionali possano aprire la strada a nuovi punti di vista sull’universo e, in sostanza, sull’origine e sull’evoluzione di questo.

In questo senso le menti più brillanti della fisica e della cosmologia hanno indicato e continuano a indicare quesiti, strategie di risposta e possibili soluzioni tutte da dimostrare.

Stephen Hawking a Gravità Zero
Stephen Hawking a Gravità Zero – Credito 3

Titolo originale dell’opera: “Black Holes: the (BBC) Reith Lectures”  ed. originale Transworld Publisher, a division of The Random House Group Ltd – 2016
“Do Black Holes have no hair?” and “Black Holes ain’t as black as they are painted”, first broadcast by BBC Radio 4  -2016

Edizione italiana: “Dove il tempo si ferma. La nuova teoria sui buchi neri”,  Rizzoli 2016

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Crediti immagini:

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