Andromeda

Lo spazio vuoto gioca un ruolo fondamentale. Laddove sembra non vi sia alcunché, c'è un fluttuare di energia. Se svuotassimo l'universo del suo contenuto, presto o tardi un elettrone balzerebbe fuori da qualche parte.

Il vuoto produce particelle ad ogni istante. Particelle e antiparticelle: materia ed antimateria, un po' come una foto e il suo negativo. Proprio dal vuoto prendono in prestito l'energia che serve a crearle e la restituiscono immediatamente tramite un processo che sia chiama annichilazione.

Una coppia di particelle si annulla reciprocamente e si trasforma in qualcos'altro (cioè ancora una volta energia) saldando così il debito con il vuoto.

Se una di due particelle rimane all'interno dell'orizzonte degli eventi, cioè dentro un buco nero, non può venir fuori. Se la compagna rimasta fuori ha sufficiente energia, fugge via e non può riunirsi all'altra. A questo punto, il debito di energia non può essere saldato.

Ma per le leggi della fisica, quell'energia deve essere restituita. La natura è un po' come l'esattore delle tasse. Ed è a spese del buco nero che avviene la restituzione: irradiando energia perde lentamente la sua massa ed infine muore, evapora. E' un processo lunghissimo che va ben oltre l'età stessa dell'universo. Per avere un'idea: se un buco nero fosse grande quanto il Sole per evaporare impiegherebbe qualcosa come 2 x 10 alla 64 anni.

Il ritmo con cui un buco nero emette particelle dipende dalla massa: più piccola è la massa più veloce il tempo di emissione. Tanto che un micro - buco nero potrebbe evaporare immediatamente in uno scoppio. Inversamente proporzionale alla massa è anche la quantià di energia: un buco nero piccolissimo, qualora esistesse, evaporando produrrebbe potentissimi raggi gamma.

Tali fenomeni non possono essere studiati empiricamente, poiché è impossibile verificare cosa succeda dentro l'orizzonte degli eventi. E comunque i 14 miliardi di anni dell'universo sono un tempo ancora parecchio breve per veder un buco nero morire.

Queste predizioni furono enunciate nel 1975 dal famoso astrofisico e cosmologo Stephen Hawking (1940 -2018) e dal fisico Jacob Bekenstein (1947 -2015). I due scienziati schiusero l'adito ad una questione di non poco conto. Se i buchi neri emettono radiazione, non è vero che nulla può sfuggirvi. Sono, per così dire, un po' luminosi. La radiazione di Hawking, è creata dal comportamento quantistico del vuoto in condizioni di attrazione gravitazionale estrema. La fisica quantistica, ancora una volta, sembra non concordare con la relatività generale di Einstein.

E' comunque bene sottolineare ancora che quella di Hawking e Bekenstein è un'ipotesi, accettata dalla comunità scientifica. Ma pur sempre un'ipotesi.
 

Il paradosso dell'informazione.

Tuttavia, le tesi dei due studiosi sembrano sfidare persino le regole della fisica quantistica e non solo quelle della fisica classica.

Nel mondo del subatomico, occorre utilizzare delle particolari equazioni per stabilire quale sia la probabilità di trovare la posizione di un determinato sistema. Ma una volta trovata, tutto diventa più facile e con calcoli più semplici possiamo riavvolgere il nastro e risalire alla posizione originaria. Perchè l'informazione su quel sistema (particella) si conserva, così come si conserva l'energia.

Ma un buco nero è un oggetto semplice per quanto misterioso, e possiede solo massa, rotazione e carica. Caratteristiche che non sono applicabili ai calcoli quantisitici, poichè si perde l'informazione sul sistema che vi è finito dentro. Non sapremo mai se vi sia persa una nube di gas o una stella, perché le loro tracce evaporano assieme al buco nero. Per aiutarci a capire ci sarà utile un banale esempio. Se prendiamo un foglio di carta e lo appallottoliamo, poi possiamo sempre risalire a cosa c'era scritto. Ma se lo bruciamo, le informazioni contenute nel foglio periranno con esso.

Sembra paradossale: la fisica quantistica produce l'evaporazione del buco nero. L'evaporazione mette in discussione uno dei punti principali della fisica quantistica: la conservazione dell'informazione.