I buchi neri non stanno semplicemente lì.
Cambiano. Si fondono. Esplodono. E la famosa teoria di Stephen Hawking degli anni ’70? Faticava a tenere il passo.
Hawking ci ha trasmesso le radiazioni. Perdita termica. L’idea che queste trappole cosmiche potrebbero eventualmente evaporare, implodere e morire. È stato rivoluzionario. Era leggendario.
Era anche limitato.
Una nuova ricerca suggerisce che abbiamo considerato il problema nel modo sbagliato. Dimentica per un momento l’orizzonte degli eventi. Pensa a una pentola d’acqua sul fornello.
L’acqua bollente diventa disordinata. Disordinato.
Questo disordine si chiama entropia.
E i buchi neri? Ce l’hanno anche loro.
“Le leggi di Hawking… hanno fornito una connessione soddisfacente tra la fisica estrema e quella strana… ma hanno una seria limitazione.” – Abhay Ashtekar, Penn State
Il problema? Le leggi di Hawking funzionano solo quando il buco nero è agghiacciante. Equilibrio. Immutabile. Statico.
La realtà non è statica.
I buchi neri sono dinamici. Si formano. Combattono. Evaporano.
Così il team della Penn State, guidato da Abhay Ashtakar con l’aiuto degli studenti laureati Daniel E. Paraizo e Jonathan Shu, ha deciso di riscrivere le regole. Non la fisica, solo la struttura.
L’ombra di Einstein
Non puoi parlare di buchi senza parlare di gravità. E non puoi parlare di gravità senza Albert Einstein.
- La relatività generale crolla.
La matematica grida “singolarità”. Un punto in cui le equazioni vanno all’infinito. Il cuore della bestia.
Circondarlo? L’orizzonte degli eventi. Il punto di non ritorno. La gravità è così forte lì che persino la luce rimane bloccata. La velocità di fuga supera la velocità della luce. Niente fuori. Neppure informazioni.
Per decenni è stato così. Temperatura zero. Zero radiazioni. Infiniti modi per fare un buco.
Sembrava che le leggi della termodinamica – quelle belle regole sull’energia e il disordine – non avessero nulla a che fare con qualcosa di così oscuro.
Poi è arrivato Hawking.
1974. Ha cambiato il gioco.
All’improvviso, i buchi neri irradiarono calore. All’improvviso avevano la febbre. All’improvviso potremmo applicare loro la termodinamica. Li ha spostati dai problemi di matematica alle realtà fisiche.
La ricetta di Hawking era elegante. L’area è uguale all’entropia. Spin e massa inversamente proporzionali. Ha funzionato.
Finché non è più così.
Il problema con la vista
Ecco il problema.
Le analogie falliscono quando le cose si danno da fare.
“In situazioni dinamiche… si possono formare orizzonti degli eventi… dove non succede nulla.” — Jonathan Shu
Quando un buco nero cresce, si fonde o mangia stelle, l’“orizzonte degli eventi” è un pessimo metro di misura.
Perché?
Perché non puoi definire le sue proprietà in questo momento.
Devi predire il futuro. Devi vedere se la luce fuggerà oppure no. Questa non è fisica. Questa è una profezia.
Paraizo lo dice semplicemente.
Se non puoi vedere dentro, non puoi sapere cosa c’è dentro. Non proprio.
L’area di quell’orizzonte non può misurare l’effettiva entropia fisica di un buco mutevole. È un indicatore ritardato. Inutile per comprendere la nascita o la morte della bestia.
Quindi il team della Penn State ha fatto qualcosa di radicale.
Hanno buttato fuori l’orizzonte degli eventi.
Sostituito con un orizzonte dinamico.
Già utilizzato nelle simulazioni. Mai completamente applicato alla legge termodinamica.
Questo semplice interruttore risolve tutto.
Prima Legge della Termodinamica? Applicato. L’energia cambia forma, ma non viene creata.
Seconda Legge? Applicato. L’entropia aumenta sempre.
Non è più necessario aspettare che il futuro definisca il presente.
Non è più necessario che il buco nero rimanga fermo.
Funziona per la nascita. Fusione. Evaporazione. Anche quella morte esplosiva prevista da Hawking.
Estende le leggi oltre il paradigma dell’equilibrio di 50 anni.
“Volevamo trovare un modo per… estendere le leggi ai buchi neri che sono in equilibrio.” — Ashtekar
Risolve tutti i nostri problemi?
Forse.
La teoria quantistica presenta ancora dei buchi. Ma questo fa sì che i calcoli si adattino al caos.
Finalmente abbiamo un modo per parlare di un buco nero mentre è in movimento.
Invece di aspettare semplicemente che muoia.
