Roma – La fisica dei buchi neri affascina in quanto è ancora in parte misteriosa, ma poi è il laboratorio ideale dove si fondano la relatività generale e la meccanica quantistica sotto forma di una teoria che si dovrebbe chiamare Gravità Quantistica. Tale teoria rimane un sorta di sacro Graal della ricerca in fisica teorica, ma i buchi neri forniscono delle indicazioni preziose. Non stupisce che anche un fondatore della teoria dei buchi neri: Roy Patrick Kerr, scopritore della metrica di Kerr, quella di un buco nero rotante, si interroghi ancora sulla validità dei risultati fin qui ottenuti nella comprensione dei Buchi Neri: https://arxiv.org/pdf/2312.
Per avere una minima idea della discussione, vorrei riassumere alcune delle proprietà fondamentali di un buco nero, senza scendere in dettagli troppo matematici per la presente discussione.
Come è noto, la relatività generale scardina il paradigma Newtoniano del concetto di forza rimpiazzando al suo posto il concetto di geometria dello spaziotempo. La gravitazione, intesa nella relatività generale, è una manifestazione fisica della curvatura dello spaziotempo. Per misurare tale curvatura, sono necessari degli strumenti e così come l’agrimensore (dalla misurazione della terra nasce il nome Geometria) misura la dimensione di un campo bisogna dotarsi di una quantità matematica che si chiama metrica, ingrediente fondamentale della Geometria Differenziale. La metrica (o tensore metrico per la precisione) fornisce lo strumento per misurare le distanze, gli angoli e la curvatura dello spaziotempo. Se la metrica è costante lo spaziotempo è piatto, se la metrica diventa una funzione dello spaziotempo stesso e quindi varia in funzione di dove è misurata, allora lo spaziotempo è curvo. Le equazioni di Einstein della Relatività Generale permettono di calcolare la metrica in una porzione dello spaziotempo (anche ovunque, da cui la cosmologia) date le masse e le energie presenti in quella parte di universo.
Più grandi sono le masse coinvolte, più grande sarà la curvatura dello spaziotempo. Il caso limite è quando la curvatura è così grande che nessuna particella può sfuggire da tale spaziotempo. Questa situazione è nota come Buco Nero, nero in quanto anche la luce, che ha la velocità massima, non può sfuggirne. C’è però da puntualizzare un aspetto: il raggio al di là del quale l’attrazione gravitazionale diventa inesorabile anche per la luce rappresenta una superficie che si chiama orizzonte degli eventi ed è determinata dalla massa del buco nero, maggiore è la massa più grande sarà l’orizzonte. Ma una volta superato tale limite, le informazioni o le particelle che finiscono dentro al buco nero non posso riemergere e il buco nero incrementa la sua massa. Uno dei problemi teorici è quello di capire che cosa c’è al di là dell’orizzonte usando dei metodi indiretti. L’orizzonte degli eventi è un limite un pò fittizio in quanto dipende dalla descrizione matematica, tuttavia al di là dell’orizzonte c’è un altro problema: c’è la singolarità al centro del buco nero. La metrica, citata sopra, diventa singolare in quel punto e rende la descrizione matematica del buco nero molto bizzarra. In quel punto cessa di esistere lo spaziotempo stesso.
Scienziati del calibro di Hawking e Penrose, si sono confrontati con le implicazioni fisiche e matematica della singolarità del buco nero. Che significato ha? Che ruolo ha? È una singolarità reale o dipende dalla nostra descrizione matematica? O magari è un artefatto del nostro modo di descrive il buco nero, ma forse non è il modo corretto. Oppure possiamo porci la domanda: è sempre presente? Nella soluzione di Kerr, autore dell’articolo preso a spunto della riflessione, la singolarità è molto più labile e forse non esiste nemmeno. Tuttavia tali considerazioni non posso prescindere dalla meccanica quantistica in quanto la situazione estrema della materia e della radiazione nel caso di un buco nero presuppongono la gravità quantistica che oggi non disponiamo in modo effettivo e consolidato. Un esempio su tutti: Hawking e Bekenstein hanno dimostrato l’esistenza di una radiazione emessa dal buco nero che portebbe alla sua evaporazione. Se ciò si realizzasse, ad un certo punto si potrebbero vedere nell’universo le singolarità nude lasciate dai buchi neri evaporati. Ma dove sono? Oppure il buco nero non evapora veramente secondo i calcoli più precisi delle stringhe o della gravità quantistica?
Per concludere, al momento non si hanno delle certezze in questo settore della ricerca in fisica, ma solo molte domande. Mettere in discussione alcuni concetti come la singolarità, la immortalità dei buchi neri, la loro fisica, la loro interazione con tutto il resto dell’universo è necessario per spingere la comprensione al di là di quell’orizzonte ….. che da tanta parte dell’ultimo orizzonte il guardo esclude. (Cit.). (30Science.com)
