I buchi neri non sono né buchi né neri

Che cosa sono queste robe che intrappolano la luce anche se viaggia alla velocità della luce e che possono avere infilare camionate di materia, per esempio caffè, in una una moka creando l’espresso più denso dell’universo? Sono i buchi neri.

O almeno, così li hanno chiamati.

Perché, SORPRESA, non sono né buchi né neri.

Perché i buchi neri non sono buchi?

L’idea generale è che i buchi neri siano famelici, che siano in grado di trangugiare ogni tipo di materia che spiraleggia troppo vicino. E fin qua, va bene. Ma bisogna tenere a mente che questo succede per un motivo preciso: la gravità del buco nero, così come è descritta dalla Relatività Generale. Questo perché la Relatività dice che un oggetto molto massiccio curva tantissimo lo spazio intorno a sé; questa curvatura che si produce è il motivo per cui la materia cade sul buco nero. È un po’ come quando io ho delle robe sul divano, poi mi siedo sul divano e le robe mi finiscono sotto al sedere. La gravità e lo spazio si comportano come una persona che si siede su un divano.

Quindi, non c’è nessun buco nell’universo. Per essere onesti, la Relatività prevede l’esistenza dei ponti di Einstein-Rosen, ovvero quelli che in inglese si chiamano wormhole – che si potrebbe tradurre come buco prodotto da un verme, ma forse sarebbe meglio dire porzione di universo in cui l’universo si piega su se stesso per “accorciare” le distanze. Esatto: come un verme che cammina sulla superficie di una mela e poi decide di andare dall’altra parte con un bel cunicolo nella polpa.

Ecco, se parliamo di wormhole sembrerebbe inevitabile parlare di buchi nello spazio, anzi di buchi neri che fungono da porte per il cunicolo che collega due punti in realtà distanti dell’universo.

Tuttavia non ci sono evidenze sperimentali che questa scorciatoia spaziale possa esistere. Chissà.
Non solo: le analogie sono buone fino a un certo punto. L’idea che l’universo sia un foglio di carta forato e collegato da una penna rende bene l’idea per capire che cos’è un wormhole, ma ciò non vuol dire che lo spazio sia bucato. Piuttosto, ciò che accade è che una densità estremamente elevata tende a curvare lo spazio (e il tempo) in modi assolutamente incomprensibili alle nostre vite quotidiane. Arriviamo cioè al limite dell’analogia.

Questo vale per molti concetti, come per esempio l’espansione dell’universo vista come se fosse un palloncino che si gonfia. Per esprimere alcuni concetti va bene, ma per andare più a fondo anche no.

Quindi, ricapitolando: i buchi neri non sono dei buchi. I buchi neri sono oggetti estremamente densi dell’universo in cui se la luce entra poi non può più uscire.

Perché i buchi neri non sono neri?

Lo sanno tutti: i buchi neri sono neri perché non possiamo vederli direttamente come facciamo con le stelle che emettono luce ed energia: nulla può sfuggire da lì e sono oggetti oscuri. Nulla nulla? Siamo sicuri?

A complicare le cose ci pensa la meccanica quantistica. Perché, direte voi? Perché la meccanica quantistica dice una cosa tanto bella quanto assurda. Cioè che esiste un principio, chiamato principio di indeterminazione, per il quale non possiamo conoscere con la precisione che ci pare, contemporaneamente, le misure dell’energia di uno stato fisico e dell’intervallo di tempo in cui quello stato si trova a una certa energia. Quindi ciò vuol dire che, anche nel vuoto, si potrebbe creare per un brevissimo intervallo di tempo una certa quantità di energia. E siccome, lo dice la relatività energia uguale a massa, allora da questa energia che viene a generarsi può crearsi una coppia di particelle.

Wow, addirittura si crea energia dal vuoto! Attenzione a non entusiasmarsi troppo: queste coppie di particelle hanno una vita brevissima.

Ma nei pressi dell’orizzonte degli eventi di un buco nero, quello che potremmo chiamare punto-di-non-ritorno, magari può capitare che il campo gravitazionale del buco nero entri in gioco e riesca a dividere la coppia: una particella scappa via e uno cade nel buco nero.

Questa perdita di energia che man mano avviene, comporta una progressiva perdita di massa del buco nero. Tale fenomeno è chiamato meccanismo di evaporazione di Hawking e purtroppo non è ancora mai stato osservato. A seguito di questo meccanismo i buchi neri emettono energia, evaporano e scompaiono. Puff!

Una coppia (virtual pair) composta da particella e anti-particella si forma a causa del principio di indeterminazione. Nei pressi dell’orizzonte (horizon) del buco nero (black hole) una particella della coppia cade nel buco nero (colpa della gravità), un’altra (Hawking particle) magari sfugge e così parte dell’energia del buco nero scappa lontano: il buco nero evapora.

 

Messa così sembra di aver vissuto tutta la vita in una bugia: i buchi neri non sono né buchi né neri e il Big Bang non è un’esplosione. Invece non siamo stati ingannati dalla scienza, bensì dagli scienziati e dall’incessante ricerca della giusta analogia.

Se da un lato le analogie aiutano a capire, dall’altro è sempre necessario fare le giuste premesse e distinzioni, altrimenti si rischia di scavare molto a fondo nei pregiudizi scientifici delle persone che sono appassionate di capire meglio come funziona l’universo. A volte capita di appassionarsi ai concetti solo per il loro nome; in realtà, sono spesso la matematica e la fisica a svelare la bellezza insita in ciò che l’ingegno umano realizza per provare a capire come funziona l’universo.

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