I buchi neri possono trasportare in altri luoghi?

Se credi alle creazioni della fantascienza, i buchi neri possono servire come porte verso altri mondi, oppure verso lontane parti di questo universo o di altri universi. Ma la realtà potrebbe essere più complicata di così. E al di fuori del regno della sci-fi, lasciarsi cadere in un buco nero è una cattiva idea.

Anche così, si scopre che le persone che entrano in un buco nero avrebbero almeno una piccola possibilità di sfuggire, o di nuovo nel proprio mondo o in qualche posto esotico. Questo perché i buchi neri effettivamente piegano lo spazio stesso, e quindi potrebbero rendere molto più vicini punti che sono normalmente distanti tra loro.

Un'analogia spesso utilizzata è la piegatura di un foglio di carta. Se si traccia una linea sulla carta, essa segue la forma della carta e la lunghezza della linea resta invariata piegando la carta. Ma se si passa attraverso la carta, i punti terminali della linea sono molto più vicini l'uno all'altro. La comprensione di questo richiede un'immersione nella teoria della relatività di Einstein applicata alla gravità.

Fuggire alla stretta di un buco nero.

E' importante capire che un buco nero non è uno spazio vuoto, ma piuttosto un luogo dove una enorme quantità di materia è spinta in una piccola area, chiamata singolarità. Infatti, la singolarità è infinitamente piccola e densa. (In realtà c'è un certo dibattito tra gli scienziati su questo punto).

Come ci si avvicina al buco nero, la velocità di fuga - la velocità necessaria per sfuggire alla gravità del buco nero - sale. A un certo punto, la velocità di fuga è superiore alla velocità della luce, ossia 186.282 miglia/secondo (299.792 chilometri/secondo). Per confronto, la velocità di fuga della Terra è di circa 25.000 mph (40.320 chilometri all'ora) in superficie.

Dal momento che nulla può andare più veloce della luce, nulla può sfuggire a un buco nero. Ma c'è una scappatoia: un buco nero non aspira tutto intorno a se', come un aspirapolvere o uno scarico di una vasca da bagno. Il suo potere si estende solo fino all'orizzonte degli eventi del buco nero, il cui raggio è la distanza dal centro di un buco nero oltre il quale nulla può uscire. Quel raggio diventa più grande, quanta più è la densità di materia della bestia. Forse è meglio pensare all'orizzonte degli eventi come a una palla la cui superficie consente alla materia di entrare, ma mai il contrario.

Cosa c'è oltre quella superficie è uno dei più grandi misteri dell'astrofisica. Ricordate che la maggior parte degli scienziati pensano che un buco nero sia una singolarità? Tutta la materia qualsiasi sia la sua origine che ha fornito la massa del buco nero (una stella, per esempio) viene schiacciato in un punto che ha una densità infinita. Se si dovesse cadere in un buco nero, la tradizionale descrizione di un evento del genere dice che si verrebbe allungati come spaghetti dalle forze di marea, poi schiacciati nel nulla. La questione sarebbe quindi raggiungere il raggio dell'orizzonte degli eventi del buco nero.

Alla fine si verrebbe emessi sotto forma di radiazione di Hawking. I calcoli del fisico Stephen Hawking hanno dimostrato che i buchi neri emettono fotoni. In tal modo, i buchi neri perdono massa, perché secondo la famosa formula di Einstein: E = mc2, energia e massa sono equivalenti. I buchi neri alla fine evaporano, ma si dovrebbe attendere un lungo periodo di tempo perche questo accada.

Un buco nero con la massa del sole - che per gli standard cosmici è piccolo - impiega 10 all'87a anni per evaporare e trasformarsi in un lampo di raggi gamma. L'universo ha circa 14 miliardi di anni, o 1,4 x 10 alla 9a anni. C'è un certo dibattito nella comunità scientifica su quanto tempo ci vuole ad un buco nero per evaporare, perché la radiazione di Hawking non conserva alcuna informazione circa la roba che è caduta nel buco nero, in primo luogo; ma resta il fatto che viene emessa come radiazione il che non è una buona cosa.

Che dire dei wormholes?

Ci potrebbe essere un modo migliore per viaggiare di un buco nero, però: le pieghe gravitazionali. Pensate ad un lottatore di sumo che ruota su una stuoia, raggrinzerà il tappetino con il suo peso. Ogni oggetto crea un locale "pozzo gravitazionale". Questo diventa più profondo verso il centro dell'oggetto. Un pianeta, per esempio, ha un pozzo gravitazionale determinato, ma come si va verso il centro di una sfera planetaria, il pozzo si appiattisce. Usando l'analogia del tappeto, un oggetto normale avrebbe un pozzo a forma di depressione, con una profondità finita.

I buchi neri non si comportano come gli oggetti normali... forse per la fortuna dell'individuo intrappolato. La curvatura dello spazio continua ad aumentare sempre di più fino a raggiungere la singolarità al centro del buco nero, dove la curvatura è infinita. Invece di una depressione, vi ritrovate con un foro i cui lati diventano più ripidi, man mano che si va verso il centro, fino a quando non diventano sostanzialmente verticali e nello spazio prende la forma di una fossetta infinitamente allungata.

Ed è questo il mistero. Gli scienziati usano la teoria della relatività di Einstein per descrivere la curvatura dello spazio, ma le equazioni di Einstein cominciano a sgretolarsi man mano che ci si avvicina alle singolarità dei buchi neri. Queste singolarità sono anche molto piccole, e, a quel punto, si dovrebbero cominciare a vedere gli effetti della meccanica quantistica. Tuttavia, nessuno ha elaborato un modo per far collaboare la meccanica quantistica con la gravità, per capire a cosa somigli una singolarità.

Diventa ancora più strano se si pensa che i buchi neri non sono statici. Realisticamente, qualsiasi oggetto nello spazio tende a ruotare. Ciò significa che la singolarità potrebbe, se ruota abbastanza velocemente, diventare un anello, piuttosto che un punto. Una singolarità anulare potrebbe fornire una strada per altri universi (come ipotizzò nel 1994 il romanzo di fantascienza "Ring", di Stephen Baxter, pubblicato da HarperCollins). Quindi, un buco nero potrebbe essere un wormhole, una via attraverso lo spazio e il tempo.

L'idea è così interessante, perché quando si ha una singolarità a forma di punto, non importa come viaggi, la singolarità sarà sempre nel tuo futuro se si è all'interno dell'orizzonte degli eventi. Ma una singolarità anulare può comportarsi in modo diverso; la parte che ti schiaccia nel nulla non deve sempre essere nel tuo futuro, per strani motivi una singolarità ad anello piegherebbe e torcerebbe lo spazio-tempo.

Tuttavia, il concetto di una singolarità anulare che sia un tunnel spaziale è lontano dall'essere una cosa sicura. In primo luogo, nessuno sa come una singolarità anulare sarebbe venuta ad esistenza. L'altro problema è che ogni volta che i ricercatori hanno cercato di capire la matematica di un wormhole creato da un buco nero, incorrono in problemi per mantenerlo stabile. "In qualsiasi costruzione realistica, sono ancora considerati violentemente ostili a tutto ciò che consideriamo la materia normale", ha detto Robert McNees, professore associato di fisica presso la Loyola University Chicago. Il precedente lavoro di altri teorici sembra dimostrare che l'unico modo potenziale per creare wormholes è di usare quella che viene chiamata "materia esotica," cioè materia con massa negativa. Ma non c'è un'idea chiara di cosa questo voglia dire.

Il che porta in primo piano il problema fondamentale: mentre la maggior parte degli scienziati affermano che i buchi neri possono essere wormholes, "senza una teoria della gravità quantistica, a queste domande è difficile rispondere definitivamente", ha detto McNees.

L'altra questione è che nessuno ha mai osservato roba proveniente dal nulla, come ci si aspetterebbe se i buchi neri fossero tunnel verso altri universi. Dopo tutto, qualcosa avrebbe dovuto passare, anche se per caso. Una serie di teorie propone anche che i buchi neri creino interi altri universi, causando altri "Big Bang" - e il nostro universo è uno di questi - ma anche questa idea è ancora controversa.

E per ultimo, una implicazione dei buchi neri come tunnel è il viaggio nel tempo. A causa della relatività, non c'è un concetto di "adesso" che si può applicare ovunque nell'universo. Il viaggio "istantaneo" dal punto A al punto B in qualsiasi punto dell'universo coinvolge anche i viaggi nel tempo, e si potrebbe finire per arrivare da qualche parte prima ancora di partire. Il fisico Stephen Hawking ha osservato che poiché nessuno vede viaggiatori del tempo oggi (almeno ciò è stato riferito), sembra improbabile che il viaggio nel tempo sia possibile nel nostro universo; questo indicherebbe che i buchi neri non sono utili come generatori di wormhole.

Così, mentre è possibile che i buchi neri siano dei tunnel, molto più realististico è il fatto che non lo siano.

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