Ciò che cade in un buco nero, rimane in un buco nero, almeno secondo le leggi della relatività generale. Ma ora, una nuova ricerca suggerisce che il materiale all’interno del buco nero può lasciare un’impronta quantistica sul campo gravitazionale al di fuori di esso.
Se fosse vero, questa scoperta risolverebbe un problema di fisica di vecchia data, il paradosso dell’informazione del buco nero di Stephen Hawking. Negli anni ’70, Hawking lo calcolò buchi neri potrebbero non essere del tutto strade a senso unico; potrebbero emettere radiazioni termiche, ora note come radiazioni di Hawking. Tuttavia, questa radiazione di Hawking è semplice radiazione termica, o calore, e non contiene alcuna informazione sull’origine del buco nero o sulla materia che era scomparsa al suo interno. In altre parole, misurare la radiazione stessa non ti direbbe nulla della sua storia.
Il paradosso nasce perché le leggi di meccanica quantistica tenere che le informazioni non possono essere perse; conoscere lo stato finale di un oggetto fornisce indizi sul suo stato iniziale, permettendoti di “riavvolgere il film”, ha affermato Xavier Calmet, fisico dell’Università del Sussex in Inghilterra che ha guidato la nuova ricerca. Se un buco nero divora informazioni irrevocabilmente, queste leggi non possono essere corrette. La contraddizione rende i buchi neri il luogo ideale per testare come funziona la meccanica quantistica e la teoria generale di Albert Einstein relatività stanno bene insieme.
“Quello che stiamo mostrando è che le due teorie sono molto più compatibili di quanto la gente avesse immaginato, che non c’è nessun paradosso”, ha detto Calmet a WordsSideKick.com.
Buchi neri pelosi
L’idea che i buchi neri abbiano pochissime caratteristiche per distinguerli l’uno dall’altro è chiamata teoria senza capelli, una metafora resa popolare per la prima volta dal fisico John Wheeler. L’idea è che al di là della massa, della carica e della rotazione, i buchi neri non hanno caratteristiche distintive — nessun taglio di capelli, taglio o colore per distinguerli.
Nel loro nuovo articolo, pubblicato il 17 marzo sulla rivista Lettere di revisione fisica, Calmet e i suoi colleghi hanno scoperto che i buchi neri possono effettivamente avere capelli, anche se molto sottili. I ricercatori lavorano sulla gravità quantistica, un campo che cerca di comprendere le forze gravitazionali attraverso la meccanica quantistica. Utilizzando i calcoli sviluppati nell’ultimo decennio, il team di ricerca ha confrontato due stelle teoriche che collassano in buchi neri della stessa dimensione, carica e rotazione, ma che hanno una diversa composizione chimica iniziale. Il teorema senza capelli sosterrebbe che è impossibile dire se le stelle che hanno creato questi due buchi neri inizialmente fossero diverse l’una dall’altra.
Ma i calcoli del team hanno mostrato che c’erano differenze nel campo gravitazionale attorno al buco nero. Nello specifico, le informazioni sulla composizione del buco nero sono state immagazzinate nei gravitoni, un’ipotetica particella elementare che media le forze gravitazionali nella gravità quantistica.
“Abbiamo scoperto che la gravità quantistica ci consente di trovare la differenza nel campo gravitazionale”, ha detto Calmet. “C’è un ricordo nel campo gravitazionale di ciò che è andato nel buco nero”.
Risolvere un paradosso?
Ci sono sforzi da cercare informazioni che fuoriescono dai buchi neri. Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) sta osservando le onde gravitazionali, che sono increspature spazio-temporali create da oggetti enormi, inclusi i buchi neri. Nel 2037, l’Agenzia spaziale europea prevede di lanciare tre veicoli spaziali per rilevare le onde gravitazionali dallo spazio, una missione nota come Laser Interferometer Space Antenna (LISA).
Ma gli effetti del gravitone suggeriti nei nuovi calcoli sono sottili e probabilmente non sarebbero osservabili usando la tecnologia odierna, ha detto Calmet. Alla fine potrebbero esserci simulazioni in grado di gestire la sottigliezza. (La radiazione Hawking non è stata osservata direttamente in un vero buco nero, però è stato visto nelle simulazioni di buchi neri.)
I risultati hanno stimolato l’interesse della comunità dei fisici, ha detto Calmet, anche se non si aspetta che i risultati vengano accettati dall’oggi al domani. “La maggior parte delle persone si aspettava che avresti dovuto cambiare la fisica in un modo o nell’altro per farla funzionare”, ha detto a proposito del paradosso dell’informazione del buco nero.
Calmet e il suo team ora sperano di utilizzare le loro scoperte per sondare ulteriormente le possibilità della gravità quantistica, che è ancora un campo con molte teorie concorrenti e nessuna risposta chiara su cui sia corretta.
“Questo potrebbe aiutarci ad andare verso una teoria della gravità quantistica”, ha detto Calmet.
Originariamente pubblicato su Live Science.