mercoledì 2 settembre 2015

La radiazione di Hawking e l'evaporazione dei buchi neri

Non sono uno scienziato di professione, ne un fisico e a scuola la matematica non era il mio forte. Metto pertanto, come si suol dire, le mani avanti e se dico qualche castroneria sappiate che sono soltanto un inutile e insignificante elemento che affolla la folta schiera dei perditempo laureati in lettere (peggio ancora con indirizzo storico), quegli insulsi che si fregiano del titolo di "dottori" pur avendo raggiunto il traguardo percorrendo la comoda via che porta alla materia umanistica. Ma nonostante questa mia insolente invasione del campo altrui, l'attrazione che provo per questi argomenti non è poi dissimile, come intensità, da quella esercitata dalle enormi forze che spingono verso la singolarità qualsiasi oggetto che viene risucchiato nel vortice gravitazionale del buco nero. Pertanto, al netto di quelle (per me) misteriose formule matematiche che ne costuiscono l'essenza, mi azzardo ad interpretare e provare a spiegare "con parole mie" ciò che ho compreso (poco) della complicata scienza conosciuta sotto i nomi di cosmologia o, più audacemente (per me, profano), meccanica quantistica. Scienziati veri, chiedo anticipatamente venia e se sbaglio (e sicuramente sbaglio)..."mi corrigerete" (1).
E' di questi giorni la notizia, che rimbalza sui social network e sulle riviste online, relativa a quanto affermato dal fisico e cosmologo Stephen Hawking nel corso di un incontro pubblico a Stoccolma: "Se finite in un buco nero non datevi per vinti. Un'uscita c'è".
Il concetto non è nuovo, da anni Hawking ha elaborato una teoria che ha rimesso in discussione quanto creduto e sostenuto prima di allora, e cioé che nulla possa sfuggire (una volta che vi è finito dentro) all'immensa attrazione gravitazionale esercitata da un buco nero, capace di inghiottire ed intrappolare persino la luce. Il buco nero in realtà, secondo Hawking, evaporerebbe (dopo un tempo lunghissimo, su scala galattica) sottoforma di radiazione termica, perdendo massa (ed energia) e liberando (alla fine del processo) l'informazione dell'oggetto (o meglio, degli oggetti) che vi era finito dentro.
Questa radiazione, nota come radiazione di Hawking (detta anche di Bekenstein-Hawking), viene emessa a causa della fluttuazione quantica che avviene in prossimità dell'orizzonte degli eventi del buco nero, con la formazione di una coppia particella/antiparticella. La forte attrazione gravitazionale del buco nero impedisce l'annichilazione della coppia, strappando una delle due particelle che finisce all'interno del buco, mentre l'altra è libera di fuggire nello spazio. Questo processo continuo porta ad una progressiva perdita di massa del buco nero, fino alla sua completa evaporazione (forse dissolto in un lampo violento di raggi gamma). E qui introduco sommariamente (molto sommariamente) anche il concetto di entropia (cioè la misura del disordine di un sistema): all'interno dei buchi neri il valore dell'entropia è elevato, e un tempo lo stesso Hawking pensava che con l'evaporazione del buco nero si avesse anche la perdita dell'informazione fisica (pare in realtà che questa resti "appesa" sul bordo dell'orizzonte degli eventi), in violazione del secondo principio della termodinamica. Hawking poi ha cambiato idea, ora secondo lui l'evaporazione del buco nero farebbe riemergere l'informazione (che non era stata distrutta dal contatto con la singolarità, essendo rimasta "salvata" sul bordo dell'orizzonte degli eventi), che così non viene perduta (e il secondo principio della termodinamica non viene violato). Roger Penrose, invece, crede che Hawking avesse ragione prima, ossia che l'informazione nei buchi neri venga distrutta. Questo porterebbe alla concezione che Penrose ha elaborato (Cosmologia ciclica conforme), secondo la quale i buchi neri assorbirebbero tutta l'entropia dell'universo (distruggendola di fatto, una volta che questi sono evaporati per via della radiazione di Hawking), riportando (alla fine del ciclo) l'universo allo stato che precedeva il Big Bang (Entropia molto bassa), dando quindi il via ad un nuovo Big Bang e a un nuovo "eone" dell'universo, in un ciclo che si ripete eternamente.  
Attualmente, nessuno strumento è in grado di rilevare la presenza o meno della radiazione di Hawking. Lo stesso Stephen Hawking se ne rammarica...dicendo che, qualora riuscissimo a rilevare questa radiazione termica (che però, essendo estremamente bassa, è praticamente impossibile da rilevare con gli strumenti odierni, considerando anche le enormi distanze che, per fortuna, ci separano dai buchi neri a noi più vicini), avremmo la conferma sperimentale della sua teoria, e lui avrebbe il premio Nobel per la Fisica (a cui, giustamente, aspira).
Ricapitolando, la particella con carica negativa risucchiata nel buco nero va ad annichilarsi con una particella con carica positiva che si trova all'interno di esso. Il buco nero quindi perde energia, attraverso questa annichilazione di particelle. E in base alla Teoria della Relatività di Einstein sappiamo che E=mc2 (questa formula è di facile comprensione, persino per me, mi permetto quindi di citarla espressamente), quindi riducendosi l'energia si riduce anche la massa (massa ed energia sono equivalenti), e il buco nero lentamente (ma inesorabilmente), scompare.


NOTE: 

(1) Stephen Hawking ad un certo punto del suo libro Dal Big Bang ai buchi neri, dice: "Fino a oggi la maggior parte degli scienziati sono stati troppo occupati nello sviluppo di nuove teorie che descrivono che cosa sia l'universo per porsi la domanda perchè? D'altra parte, gli individui professionalmente qualificati a chiedersi sempre perché, essendo filosofi, non sono riusciti a tenere il passo col progresso delle teorie scientifiche. Nel Settecento i filosofi consideravano di propria competenza l'intero sapere umano, compresa la scienza, e discutevano problemi come: l'universo ha avuto un inizio? Nell'Ottocento e nel Novecento la scienza divenne però troppo tecnica e matematica per i filosofi o per chiunque altro tranne pochi specialisti. I filosofi ridussero a tal punto l'ambito delle loro investigazioni che Wittgenstein, il filosofo più famoso di questo secolo, disse: "L'unico compito restante per la filosofia è l'analisi del linguaggio". Quale caduta della grande tradizione della filosofia da Aristotele a Kant! Se però perverremo a scoprire una teoria completa, essa dovrebbe essere col tempo comprensibile a tutti nei suoi principi generali, e non solo a pochi scienziati. Noi tutti - filosofi, scienziati e gente comune - dovremmo allora essere in grado di partecipare alla discussione del problema del perché noi e l'universo esistiamo". 
Visto? Se persino Stephen Hawking ritiene plausibile che un insignificante componente della gente comune come me possa cimentarsi con la comprensione dei principi generali della teoria del tutto, forse la mia invasione di campo è meno insolente di quel che pensavo. 

Nessun commento:

Posta un commento