02 novembre 2013
Secondo una teoria recente, l’orizzonte di un buco nero sarebbe protetto da un firewall, un “muro di
energia” contro il quale ogni oggetto si disintegrerebbe nei suoi componenti fondamentali. Questa
ipotesi sta costringendo la comunità dei fisici a rivedere alcuni progressi che sembravano acquisiti
nel tentativo di conciliare relatività generale e meccanica quantistica
di Clara Moskowitz
da lescienze.it
Una volta Isaac Asimov disse che la frase più emozionante che si può sentire nella comunità
scientifica, quella che annuncia nuove scoperte, non è Eureka!, ma E’ divertente. Bene, in
questi giorni nel campo della fisica teorica accade qualcosa di veramente divertente. Un enigma
recente sui buchi neri minaccia di rovesciare alcuni dei principi più elementari della fisica, e
molti scienziati sono in fibrillazione.
Personalmente la ritengo la cosa migliore accaduta da un po’ di tempo a questa parte, sostiene
Raphael Bousso, dell’Università della California a Berkeley, a proposito del cosiddetto paradosso
del firewall di un buco nero, che riguarda quello che avviene al confine di un buco nero. È come
un terremoto di nono grado sulla scala Richter, di gran lunga la cosa più scioccante e sorprendente
che mi sia capitata durante la mia carriera.
Tutta questa eccitazione è alimentata da un’ipotesi avanzata per la prima volta a luglio 2012 e
sviluppata in uno studio pubblicato il 21 ottobre scorso su Physical Review Letters. I fisici
ipotizzano da tempo che lo spazio è liscio all’orizzonte di un buco nero, il punto di non ritorno da
cui nulla può sfuggire. Tuttavia una persona che attraversasse quel confine non dovrebbe notare
nulla di strano nell’immediato, e nemmeno un osservatore distante che guardasse quella persona. Ma i
fisici hanno anche ipotizzato che l’informazione non può mai essere distrutta. Il nuovo lavoro dice
che queste due idee sono mutualmente incompatibili.
Joseph Polchinski del Kavli Institute for Theoretical Physics e Università della California a Santa
Barbara, e colleghi, non hanno solo concluso che lo spazio non è liscio all’orizzonte di un buco
nero: a quel punto, le leggi della fisica non hanno più valore. Invece di un confine impercettibile,
secondo i ricercatori deve esserci una netta discontinuità, che chiamano firewall. “Il firewall è
una specie di muro di energia, che potrebbe essere la fine dello stesso spazio-tempo, spiega
Polchinski, uno dei principali artefici dell’idea. “Qualsiasi oggetto lo colpisca di fatto dovrebbe
dissolversi nei suoi costituenti fondamentali.
Inizialmente, molti fisici hanno contestato con forza l’idea bizzarra dei firewall. Ho cercato in
ogni modo di liberarmene, ma è improbabile che ci riesca, aggiunge Bousso. Ho deciso che la via
più promettente è ipotizzare che esistono per capire perché si formano. Neppure i principali
fautori dell’idea sono del tutto persuasi. Alcune persone, tra cui io la metà della volte, pensano
che qualche nostra sottile ipotesi in realtà non sia valida, dice Polchinski. Eppure lui e tutti
gli altri ammettono di non aver ancora individuato una falla nella teoria.
Il primo ragionamento per sostenere i firewall, formulato da Polchinski e dai suoi colleghi
dell’Università della California a Santa Barbara Ahmed Almheiri, Donald Marolf e James Sully, si
basava sul complesso concetto di entanglement descritto dalla meccanica quantistica, in virtù del
quale due particelle, anche se separate da una grande distanza, possono mantenere tra loro un
collegamento profondo. Il nuovo lavoro rafforza e semplifica la tesi a favore dei firewall,
aggirando la questione dell’entanglement, spiega Marolf. Questo dimostra in modo chiaro che alcune
cose che potrebbero preoccupare si rivelano false piste e non rilevanti per il ragionamento.
Il nuovo articolo tuttavia è ben lungi dall’essere l’ultima parola sull’argomento. Nell’anno
trascorso da quando è stata proposta l’idea del firewall, il tema è stato affrontato da più di 100
pubblicazioni, ed è stato oggetto di tre conferenze e workshop. L’anno scorso siamo stati testimoni
di uno dei risultati per i quali viviamo, aggiunge Brian Greene, della Columbia University.
La rivelazione dei firewall è un passo in avanti, ma ha anche svelato un problema che nessuno finora
aveva considerato, costringendo gli scienziati a ripensare alcuni progressi che sembravano acquisiti
nel tentativo di risolvere un conflitto fondamentale della fisica, ovvero l’incompatibilità tra la
relatività generale, che descrive l’universo su grande scala, e la meccanica quantistica, che si
applica al mondo subatomico. Per descrivere il comportamento di buchi neri di piccole dimensioni ma
massicci sono necessarie entrambe le teorie, ma attualmente non c’è modo di farle funzionare
insieme.
Nel 1997, Juan Maldacena dell’Institute for Advanced Study di Princeton, aveva trovato un modo per
conciliare alcuni aspetti delle due teorie in conflitto tra loro, grazie a una versione della
gravità quantistica in grado di descrivere anche i buchi neri. Il suo lavoro è stato un enorme
progresso, ma la teoria del firewall dimostra che ha lasciato irrisolti più problemi di quanti si
pensasse. “Cullati dall’idea che certi problemi dei buchi neri avessero trovato soluzione, alcuni
addetti ai lavori si sono, per così dire, addormentati, spiega Peter Woit fisico e matematico della
Columbia. Le ultime novità li hanno svegliati dal loro sonno dogmatico, costringendoli ad ammettere
che alcuni aspetti non sono stati realmente compresi”. Marolf è d’accordo: Questa nuova teoria ci
costringe a riconsiderare problemi che pensavamo fossero risolti, spiega. È sconcertante rendersi
conto di quanta strada abbiamo ancora da percorrere.
Ma ancora non è chiaro come si possa andare avanti. Penso che sia giusto affermare che la gravità
quantistica è ferma, bloccata, dice Matt Strassler, fisico alla Harvard University. Non c’è da
preoccuparsi, però, perché non c’è niente che fisici amino più di una sfida. Penso che dal punto di
vista concettuale la strada da percorrere sia ancora molto lunga, ha detto all’inizio di ottobre
Leonard Susskind, fisico della Stanford University. “Ritengo che vi sia una grande lacuna nella
nostra conoscenza, ma la colmeremo; state certi che ce la faremo.
prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i17/e171301
www.lescienze.it/archivio/articoli/2006/01/01/news/l_illusione_della_gravita_-548691/
www.scientificamerican.com/article.cfm?id=black-hole-firewall-paradox&print=true
(La versione originale di questo articolo è stata pubblicata su scientificamerican.com il 24
ottobre. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)
Lascia un commento