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Il famoso paradosso del buco nero di Stephen Hawking potrebbe finalmente avere una soluzione
così titolano oggi alcune ricerche internazionali pubblicate da poche ore per i quali sembra che la “radiazione di Hawking” emessa dai buchi neri potrebbe essere in grado di trasportare informazioni nascoste nelle strutture note come “capelli quantici“.
Il paradosso sostiene infatti che essendo la radiazione emessa dai buchi neri termica essa non è in grado di conservare le informazioni sull’origine degli oggetti e su quali stelle l’hanno generato in contrapposizione con le leggi della meccanica quantistica che affermano che l’informazione non può essere distrutta e che lo stato finale di un oggetto può rivelare indizi sul suo stato iniziale.
Oggi invece il ricercatore Xavier Calmet, professore di fisica all’Università del Sussex studio, suggerisce una modifica alla radiazione di Hawking che la renda “non termica” e quindi in grado di portare con sé informazioni lontano dal destino finale del buco nero.
I buchi neri sono oggetti così massicci che nulla può sfuggire all’attrazione della loro gravità, nemmeno la luce. Si formano quando enormi stelle esauriscono il carburante e collassano su se stesse.
Nella fisica classica, i buchi neri sono “oggetti molto semplici”, ha detto Calmet. “Così semplici che possono essere caratterizzati da tre numeri: la loro massa, il momento angolare e la carica elettrica”.
Il famoso fisico John Wheeler descrisse questa mancanza di caratteristiche distintive dicendo” i buchi neri non hanno capelli (si apre in una nuova scheda).” Ma, ha spiegato Calmet, mentre il buco nero finale è molto semplice, la stella originale che lo ha generato è un oggetto astrofisico complesso, costituito da un complicato amalgama di protoni, elettroni e neutroni che si uniscono per formare gli elementi che costruiscono il composizione chimica di quella stella.
Mentre i buchi neri non portano “memoria” delle stelle che erano una volta, le regole della fisica quantistica dicono che le informazioni non possono essere semplicemente cancellate dall’universo . Nel 1976, Hawking introdusse una mosca in questo unguento cosmico, mostrando che questa informazione non poteva risiedere indefinitamente all’interno di buchi neri sigillati dall’universo esterno. Applicando le regole della meccanica quantistica ai buchi neri, Hawking suggerì che emettessero un tipo di radiazione termica, in seguito chiamata radiazione di Hawking. Per immensi periodi di tempo, la fuoriuscita di questa radiazione fa evaporare completamente i buchi neri, lasciando dietro di sé solo un vuoto. In questo modo, le informazioni vengono irrimediabilmente perse.
“Questo tuttavia non è consentito dalla fisica quantistica, che ipotizza che il film della ‘vita’ di questo buco nero possa essere riavvolto”, ha detto Calmet. “A partire dalla radiazione dovremmo essere in grado di ricostruire il buco nero originale e poi alla fine la stella”.
Alla ricerca dei “capelli” del buco nero
Insieme al suo collega Steve Hsu, professore di fisica teorica alla Michigan State University, Calmet lavora dal 2021 per risolvere il paradosso di Hawking. In uno studio precedente, pubblicato nel marzo 2022, il team ha sostenuto che i buchi neri hanno effettivamente “peli quantici, (si apre in una nuova scheda)” sotto forma di un’impronta quantistica unica nei campi gravitazionali che li circondano
Nella loro nuova ricerca, il team ha rivalutato i calcoli di Hawking del 1976, ma questa volta ha tenuto conto degli effetti della ” gravità quantistica ” – la descrizione della gravità secondo i principi della meccanica quantistica – qualcosa che Hawking non aveva fatto.
“Sebbene queste correzioni gravitazionali quantistiche siano minuscole, sono cruciali per l’evaporazione dei buchi neri”, ha detto Calmet. “Siamo stati in grado di dimostrare che questi effetti modificano la radiazione di Hawking in modo tale che questa radiazione diventi non termica. In altre parole, tenendo conto della gravità quantistica, la radiazione può contenere informazioni”.
Mentre i capelli quantici suggeriti nel precedente lavoro di Calmet e Hsu erano un concetto matematico astratto, il team ha ora identificato l’esatto fenomeno fisico attraverso il quale le informazioni sfuggono al buco nero attraverso la radiazione di Hawking e come potrebbero essere recuperate da un osservatore esterno .(si apre in una nuova scheda). Questo al momento non è possibile, in quanto richiederebbe uno strumento sufficientemente sensibile per misurare la radiazione di Hawking, che attualmente è puramente teorica.
Attualmente non esiste un vero modo per gli astrofisici di misurare l’effetto proposto dai ricercatori, poiché è minuscolo, ha riconosciuto Calmet. Invece, suggerisce che un modo per far progredire questa teoria sarebbe studiare simulazioni di buchi neri nei laboratori sulla Terra. La modellazione matematica del team della radiazione di Hawking e dei buchi neri potrebbe rivelarsi preziosa in queste simulazioni.
Lo studio è stato pubblicato il 6 marzo sulla rivista Physics Letters B.
