{"id":6380,"date":"2018-03-16T11:47:27","date_gmt":"2018-03-16T10:47:27","guid":{"rendered":"http:\/\/www.media.inaf.it\/2018\/02\/27\/buco-nero-cancella-passato\/"},"modified":"2018-03-16T16:56:31","modified_gmt":"2018-03-16T15:56:31","slug":"alice-nel-buco-nero-delle-meraviglie-media-inaf","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=6380","title":{"rendered":"Alice nel buco nero delle meraviglie | MEDIA INAF"},"content":{"rendered":"

Un matematico ha messo in discussione l’ipotesi di censura cosmica, affermando di aver trovato un tipo di buchi neri in cui questa congettura sembrerebbe non valere. Se qualcuno si avventurasse all\u2019interno di uno di questi buchi neri \u201cbenigni\u201d, varcando l\u2019orizzonte degli eventi potrebbe sopravvivere ma il suo passato verrebbe cancellato per sempre e si ritroverebbe ad avere un numero infinito di futuri possibili<\/strong><\/em><\/p>\n

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Riuscire a passare indenni attraverso l\u2019orizzonte degli eventi di un buco nero sembrerebbe possibile per particolari buchi neri molto massicci. Animazione di Andrew Hamilton, basata sulla simulazione effettuata su un super-computer da John Hawley.<\/p>\n<\/div>\n

Esiste una congettura matematica sui buchi neri, o meglio sulla struttura delle singolarit\u00e0 che si ottengono nel contesto della teoria della relativit\u00e0 generale, chiamata ipotesi di censura cosmica<\/a>: <\/strong>quello che accade all\u2019interno di un buco nero \u00e8 nascosto oltre l\u2019orizzonte degli eventi e non pu\u00f2 essere visto dal resto dello spazio-tempo. Nella sua versione strong<\/em>, l\u2019ipotesi afferma che la relativit\u00e0 generale \u00e8 una teoria deterministica: il nostro passato determina in modo univoco il nostro futuro<\/strong>. Se un fisico sa come ha avuto inizio l\u2019universo, pu\u00f2 conoscere il suo futuro, in ogni momento e in ogni suo punto.<\/p>\n

Un matematico dell\u2019Universit\u00e0 di Berkeley<\/a> <\/strong>sta mettendo in discussione questa congettura, affermando di aver trovato un tipo di buchi neri in cui questa ipotesi sembrerebbe non valere. Se qualcuno si avventurasse all\u2019interno di uno di questi buchi neri \u201cbenigni\u201d, varcando l\u2019orizzonte degli eventi potrebbe sopravvivere ma il suo passato verrebbe cancellato per sempre e pertanto si ritroverebbe ad avere un numero infinito di futuri possibili. Si chiama\u00a0Peter Hintz<\/strong>, post-doc all\u2019Universit\u00e0 di Berkeley<\/em>, e sostiene che calcoli matematici mostrano che per alcuni tipi di buchi neri presenti in un universo come il nostro, che si sta espandendo a un ritmo accelerato, \u00e8 possibile sopravvivere al passaggio da un mondo deterministico a uno non deterministico, all\u2019interno del buco nero. Hintz ha tenuto a sottolineare che la scoperta non significa che le equazioni di Einstein della relativit\u00e0 generale, che descrivono perfettamente l\u2019evoluzione del cosmo, siano sbagliate. \u00abNessun fisico entrer\u00e0 mai in un buco nero per vedere cosa accade.\u00a0\u00c8 una questione matematica e, da questo punto di vista, questa possibilit\u00e0 rende le equazioni di Einstein matematicamente pi\u00f9 interessanti\u00bb, ha detto l\u2019autore. \u00abTuttavia questo scenario, che si pu\u00f2 studiare solo matematicamente, ha implicazioni fisiche, quasi filosofiche, che lo rendono molto interessante\u00bb.<\/p>\n

Hintz e i suoi colleghi hanno pubblicato un articolo che descrive questi insoliti buchi neri il mese scorso, nella rivista Physical Review Letters<\/em>. Gary Horowitz<\/strong> della UC Santa Barbara<\/em>, non coinvolto nella ricerca, ha commentato su Physics World<\/em> che lo studio fornisce, attualmente, la prova migliore a lui conosciuta della violazione dell\u2019ipotesi della censura cosmica.<\/p>\n

I colleghi dell\u2019Universit\u00e0 di Lisbona<\/em> in Portogallo, Vitor Cardoso<\/strong>, Jo\u00e3o Costa<\/strong> e Kyriakos Destounis<\/strong> e\u00a0<\/strong>all\u2019Universit\u00e0 di Utrecht<\/em>, Aron Jansen<\/strong>, hanno cos\u00ec commentato la conclusione dello studio pubblicato: \u00abQuesta conclusione corrisponde a un grave fallimento del determinismo nella relativit\u00e0 generale che non pu\u00f2 essere preso alla leggera, soprattutto alla luce dell\u2019importanza che l\u2019espansione accelerata sta avendo nella cosmologia moderna\u00bb.<\/p>\n

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L\u2019orbita stabile pi\u00f9 vicina al buco nero. Crediti: John Hawley (University della Virginia).<\/p>\n<\/div>\n

Ma vediamo di capire come e perch\u00e9 il matematico \u00e8 arrivato a questa conclusione, che sembra essere in grado di far sopravvivere Alice quando segue il bianconiglio in un buco nero speciale.<\/p>\n

I buchi neri sono oggetti bizzarri che prendono il nome dal fatto che nulla pu\u00f2 sfuggire alla loro gravit\u00e0, nemmeno la luce. Avventurandosi troppo vicino e attraversando il cosiddetto orizzonte degli eventi<\/a>,<\/strong> non si riuscirebbe pi\u00f9 a sfuggirgli. Nel caso di buchi neri di piccola massa<\/a>,<\/strong> non \u00e8 possibile nemmeno sopravvivere ad un incontro ravvicinato: le forze mareali in prossimit\u00e0 dell\u2019orizzonte degli eventi sono sufficienti a spaghettificare<\/a> <\/strong>qualsiasi cosa, ossia allungarla in forme sempre pi\u00f9 lunghe e sottili, finch\u00e9 non si spezzerebbe in parti sempre pi\u00f9 piccole.\u00a0Ma per i buchi neri di grande massa<\/a>,<\/strong> come gli oggetti super-massicci presenti nei nuclei di galassie come la Via Lattea, che pesano decine di milioni se non miliardi di volte la massa di una stella, sembrerebbe sia possibile attraversare indenni l\u2019orizzonte degli eventi ed entrare nel mondo del buco nero.<\/p>\n

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Varcato l\u2019orizzonte degli eventi, in prossimit\u00e0 dell\u2019orizzonte di Cauchy, l\u2019universo esterno appare luminoso e la luce vira al blu (blue-shift). Crediti: John Hawley (University della Virginia).<\/p>\n<\/div>\n

Fisici e matematici si sono interrogati a lungo su come potrebbe essere quel mondo, rivolgendo la loro attenzione alle equazioni di Einstein della relativit\u00e0 generale per prevederlo. Queste equazioni funzionano bene fino a quando l\u2019osservatore non raggiunge il centro del buco nero \u2013 la singolarit\u00e0 \u2013 dove nei calcoli teorici la curvatura dello spazio-tempo diventa infinita. Tuttavia, ancor prima di raggiungere il centro, l\u2019esploratore di buchi neri potrebbe imbattersi in alcune tappe strane e mortali.<\/p>\n

Hintz studia un tipo specifico di buco nero: un buco nero standard non rotante provvisto di una carica elettrica<\/strong>, il quale presenta un altro confine fondamentale, all\u2019interno dell\u2019orizzonte degli eventi, chiamato orizzonte di Cauchy<\/a>.<\/strong> Sappiamo che una volta superato l\u2019orizzonte degli eventi non c\u2019\u00e8 modo di tornare indietro, per\u00f2 all\u2019interno dell\u2019orizzonte degli eventi \u00e8 ancora possibile vedere la luce che proviene dall\u2019universo esterno, finch\u00e9 non si raggiunge l\u2019orizzonte di Cauchy, passato il quale non si potr\u00e0 pi\u00f9 vedere nemmeno tale luce. In corrispondenza dell\u2019orizzonte di Cauchy, il determinismo, che la congettura cosmica forte vorrebbe preservare, crolla. Varcato tale limite, il passato non determina pi\u00f9 il futuro. I fisici, incluso Penrose, hanno sempre sostenuto che nessun osservatore potrebbe oltrepassare l\u2019orizzonte di Cauchy perch\u00e9 altrimenti ne sarebbe annientato. Avvicinandosi a questo orizzonte, il tempo rallenta poich\u00e9 gli orologi scorrono pi\u00f9 lentamente quanto \u00e8 maggiore il campo gravitazionale. Come la luce, le onde gravitazionali e qualsiasi altra cosa che incontra il buco nero e cade inevitabilmente verso l\u2019orizzonte di Cauchy, anche l\u2019osservatore cadrebbe verso l\u2019interno del buco nero, dove potrebbe vedere tutta l\u2019energia inghiottita dal buco nero nella sua vita e ne rimarrebbe folgorato.<\/p>\n

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Immagine che mostra quello che si vedrebbe all\u2019orizzonte di Cauchy. Crediti: John Hawley (University della Virginia).<\/p>\n<\/div>\n

Tuttavia Hintz si \u00e8 reso conto che questo potrebbe non essere vero in un universo in espansione che sta accelerando, come il nostro. Poich\u00e9 lo spazio-tempo si allunga sempre di pi\u00f9, gran parte dell\u2019universo distante non influenzer\u00e0 affatto il buco nero, dal momento che quell\u2019energia non pu\u00f2 viaggiare pi\u00f9 velocemente della velocit\u00e0 della luce. Di fatto, l\u2019energia che pu\u00f2 essere inghiottita dal buco nero \u00e8 solo quella contenuta all\u2019interno dell\u2019orizzonte osservabile<\/a>:<\/strong> il volume dell\u2019universo che il buco nero pu\u00f2 aspettarsi di vedere nel corso della sua esistenza. Per noi, per esempio, l\u2019orizzonte osservabile \u00e8 pi\u00f9 grande dei 13,8 miliardi di anni luce che possiamo vedere nel passato, perch\u00e9 include tutto ci\u00f2 che vedremo nel nostro futuro. L\u2019espansione accelerata dell\u2019universo ci impedir\u00e0 di vedere oltre un orizzonte di circa 46,5 miliardi di anni luce<\/strong>. In questo scenario, l\u2019espansione dell\u2019universo contrasta l\u2019amplificazione causata dalla dilatazione del tempo all\u2019interno del buco nero e, in alcune situazioni, la annulla completamente. In questi casi \u2013 in cui si parla di buchi neri lisci, non rotanti e con una grande carica elettrica, chiamati buchi neri Reissner-Nordstr\u00f6m-de Sitter<\/strong> \u2013 un osservatore potrebbe sopravvivere passando attraverso l\u2019orizzonte di Cauchy e entrare in un mondo non deterministico.<\/p>\n

\u00abCi sono alcune soluzioni esatte delle equazioni di Einstein che sono lisce (smooth<\/em>), ossia prive di ostacoli, senza piegature, senza forze di marea che vanno all\u2019infinito, dove tutto sembra comportarsi benissimo fino all\u2019orizzonte di Cauchy e oltre\u00bb, sostiene Hintz, facendo notare che il passaggio attraverso questo orizzonte sarebbe doloroso ma breve. \u00abPer quanto riguarda il dopo, non ci sono garanzie; in alcuni casi, come in un buco nero di Reissner-Nordstr\u00f6m-de Sitter, si pu\u00f2 evitare del tutto la singolarit\u00e0 centrale e vivere per sempre in un universo sconosciuto\u00bb.<\/p>\n

Il matematico ha ammesso che \u00e8 improbabile che questi buchi neri possano esistere, dal momento che attirerebbero materia caricata in modo opposto finch\u00e9 non diventerebbero neutrali. Tuttavia, queste soluzioni matematiche, ammesse per i buchi neri carichi, possono essere usate anche nel caso di buchi neri rotanti, che sono probabilmente la norma. Hintz sostiene infatti che i buchi neri lisci e rotanti, chiamati buchi neri di Kerr-Newman-de Sitter<\/strong>, si comporterebbero allo stesso modo.\u00a0\u00ab\u00c8 sconvolgente pensare che Alice riesca a viaggiare dentro un buco nero e, se i parametri del buco nero sono tali da permetterlo, riesca ad attraversare l\u2019orizzonte di Cauchy, sopravvivere e raggiungere una regione dell\u2019universo in cui, pur conoscendo lo stato iniziale della stella che ha generato il buco nero, non sar\u00e0 in grado di dire cosa sta per accadere\u00bb, ha detto Hintz. \u00abIl destino non sarebbe pi\u00f9 determinato unicamente dalla conoscenza delle condizioni iniziali. Ecco perch\u00e9 questa eventualit\u00e0 \u00e8 molto fastidiosa\u00bb.<\/p>\n

Hintz ha scoperto questi buchi neri collaborando con Cardoso e i suoi colleghi, che hanno calcolato come un buco nero risuona quando viene colpito da onde gravitazionali e andando a studiare la durata dei toni. Il lavoro di Hintz ha gi\u00e0 innescato altri studi, uno dei quali si propone di dimostrare che questi \u00a0buchi neri benigni non violano il determinismo. Ma Hintz insiste che un\u2019ipotesi di censura \u00e8 anche troppa. \u00abLa gente si \u00e8 compiaciuta per 20 anni, dalla met\u00e0 degli anni \u201990, del fatto che l\u2019ipotesi di censura cosmica sia sempre stata verificata. Noi stiamo sfidando questo punto di vista\u00bb, conclude Hintz.<\/p>\n

Per saperne di pi\u00f9:<\/strong><\/p>\n

Guarda su YouTube l\u2019animazione della caduta in un buco nero\u00a0Reissner-Nordstrom:<\/strong><\/p>\n