I buchi neri protetti da un “firewall spazio-temporale”!
Secondo una teoria recente, l'orizzonte di un buco nero sarebbe protetto da un firewall, un "muro di energia" contro il quale ogni oggetto si disintegrerebbe nei suoi componenti fondamentali. Questa ipotesi sta costringendo la comunità dei fisici a rivedere alcuni progressi che sembravano acquisiti nel tentativo di conciliare relatività generale e meccanica quantistica.
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[Le Scienze] – Una volta Isaac Asimov disse che la frase più emozionante che si può sentire nella comunità scientifica, quella che annuncia nuove scoperte, non è “Eureka!”, ma “È divertente”.

Bene, in questi giorni nel campo della fisica teorica accade qualcosa di veramente divertente.

Un enigma recente sui buchi neri minaccia di rovesciare alcuni dei principi più elementari della fisica, e molti scienziati sono in fibrillazione.

“Personalmente la ritengo la cosa migliore accaduta da un po’ di tempo a questa parte”, sostiene Raphael Bousso, dell’Università della California a Berkeley, a proposito del cosiddetto “paradosso del firewall di un buco nero”, che riguarda quello che avviene al confine di un buco nero. “È come un terremoto di nono grado sulla scala Richter, di gran lunga la cosa più scioccante e sorprendente che mi sia capitata durante la mia carriera”.

Tutta questa eccitazione è alimentata da un’ipotesi avanzata per la prima volta a luglio 2012 e sviluppata in uno studio pubblicato il 21 ottobre scorso su Physical Review Letters. I fisici ipotizzano da tempo che lo spazio è liscio all’orizzonte di un buco nero, il punto di non ritorno da cui nulla può sfuggire.

Tuttavia una persona che attraversasse quel confine non dovrebbe notare nulla di strano nell’immediato, e nemmeno un osservatore distante che guardasse quella persona. Ma i fisici hanno anche ipotizzato che l’informazione non può mai essere distrutta. Il nuovo lavoro dice che queste due idee sono mutualmente incompatibili.

Joseph Polchinski del Kavli Institute for Theoretical Physics e Università della California a Santa Barbara, e colleghi, non hanno solo concluso che lo spazio non è liscio all’orizzonte di un buco nero: a quel punto, le leggi della fisica non hanno più valore.

Invece di un confine impercettibile, secondo i ricercatori deve esserci una netta discontinuità, che chiamano firewall. “Il firewall è una specie di muro di energia, che potrebbe essere la fine dello stesso spazio-tempo”, spiega Polchinski, uno dei principali artefici dell’idea. “Qualsiasi oggetto lo colpisca di fatto dovrebbe dissolversi nei suoi costituenti fondamentali”.

Inizialmente, molti fisici hanno contestato con forza l’idea bizzarra dei firewall. “Ho cercato in ogni modo di liberarmene, ma è improbabile che ci riesca”, aggiunge Bousso. “Ho deciso che la via più promettente è ipotizzare che esistono per capire perché si formano”.

Neppure i principali fautori dell’idea sono del tutto persuasi. “Alcune persone, tra cui io la metà della volte, pensano che qualche nostra sottile ipotesi in realtà non sia valida”, dice Polchinski. Eppure lui e tutti gli altri ammettono di non aver ancora individuato una falla nella teoria.

Il primo ragionamento per sostenere i firewall, formulato da Polchinski e dai suoi colleghi dell’Università della California a Santa Barbara Ahmed Almheiri, Donald Marolf e James Sully, si basava sul complesso concetto di entanglement descritto dalla meccanica quantistica, in virtù del quale due particelle, anche se separate da una grande distanza, possono mantenere tra loro un collegamento profondo.

Il nuovo lavoro rafforza e semplifica la tesi a favore dei firewall, aggirando la questione dell’entanglement, spiega Marolf. “Questo dimostra in modo chiaro che alcune cose che potrebbero preoccupare si rivelano false piste e non rilevanti per il ragionamento”.

Il nuovo articolo, di cui ne riporta notizia Scientific American, tuttavia è ben lungi dall’essere l’ultima parola sull’argomento. Nell’anno trascorso da quando è stata proposta l’idea del firewall, il tema è stato affrontato da più di 100 pubblicazioni, ed è stato oggetto di tre conferenze e workshop. “L’anno scorso siamo stati testimoni di uno dei risultati per i quali viviamo”, aggiunge Brian Greene, della Columbia University.

La rivelazione dei firewall è un passo in avanti, ma ha anche svelato un problema che nessuno finora aveva considerato, costringendo gli scienziati a ripensare alcuni progressi che sembravano acquisiti nel tentativo di risolvere un conflitto fondamentale della fisica, ovvero l’incompatibilità tra la relatività generale, che descrive l’universo su grande scala, e la meccanica quantistica, che si applica al mondo subatomico.

Per descrivere il comportamento di buchi neri di piccole dimensioni ma massicci sono necessarie entrambe le teorie, ma attualmente non c’è modo di farle funzionare insieme.

Nel 1997, Juan Maldacena dell’Institute for Advanced Study di Princeton, aveva trovato un modo per conciliare alcuni aspetti delle due teorie in conflitto tra loro, grazie a una versione della gravità quantistica in grado di descrivere anche i buchi neri.

Il suo lavoro è stato un enorme progresso, ma la teoria del firewall dimostra che ha lasciato irrisolti più problemi di quanti si pensasse. “Cullati dall’idea che certi problemi dei buchi neri avessero trovato soluzione, alcuni addetti ai lavori si sono, per così dire, addormentati”, spiega Peter Woit fisico e matematico della Columbia.

“Le ultime novità li hanno svegliati dal loro sonno dogmatico, costringendoli ad ammettere che alcuni aspetti non sono stati realmente compresi”. Marolf è d’accordo: “Questa nuova teoria ci costringe a riconsiderare problemi che pensavamo fossero risolti”, spiega. “È sconcertante rendersi conto di quanta strada abbiamo ancora da percorrere”.

Ma ancora non è chiaro come si possa andare avanti. “Penso che sia giusto affermare che la gravità quantistica è ferma, bloccata”, dice Matt Strassler, fisico alla Harvard University. Non c’è da preoccuparsi, però, perché non c’è niente che fisici amino più di una sfida.

“Penso che dal punto di vista concettuale la strada da percorrere sia ancora molto lunga”, ha detto all’inizio di ottobre Leonard Susskind, fisico della Stanford University. “Ritengo che vi sia una grande lacuna nella nostra conoscenza, ma la colmeremo; state certi che ce la faremo”.

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