I Buchi Neri
Fenomenologia dei buchi neri Una caratteristica dei buchi neri è il cosiddetto orizzonte degli eventi, una superficie immaginaria che circonda l'oggetto. Qualunque cosa oltrepassi questo limite, che è puramente matematico, posto ad una distanza dal centro del buco nero pari al raggio di Schwarzschild, non può più uscirne o trasmettere segnali all'esterno. Una frase coniata dal fisico John Archibald Wheeler, un buco nero non ha capelli, sta a significare che tutte le informazioni della massa che cade in un buco nero vengono perdute, ad eccezione di tre fattori: massa, carica e momento angolare. Il corrispondente teorema è stato dimostrato da Wheeler, il quale è anche colui che ha dato il nome a questi oggetti astronomici. In realtà un buco nero non è del tutto nero: esso emette particelle, in quantità inversamente proporzionale alla sua massa, portando ad una sorta di evaporazione. Questo fenomeno, dimostrato nel 1974 per la prima volta dal fisico Stephen Hawking, è noto come radiazione di Hawking ed è alla base della termodinamica dei buchi neri. Alcune sue osservazioni sull'orizzonte degli eventi dei buchi neri, inoltre, hanno portato alla formulazione del principio olografico. Altri effetti fisici sono associati all'orizzonte degli eventi, in particolare per la relatività generale il tempo proprio rallenta all'aumentare del campo gravitazionale fino ad arrestarsi completamente sull'orizzonte. Quindi un astronauta che stesse precipitando verso un buco nero percepirebbe di impiegarci un tempo finito e, se potesse sopravvivere all'enorme gradiente del campo gravitazionale, non percepirebbe nulla di strano all'avvicinarsi dell'orizzonte; al contrario un osservatore esterno vedrebbe i movimenti dello sfortunato astronauta rallentare progressivamente fino ad arrestarsi del tutto quando raggiunge il raggio di Schwarzschild. L'astronauta che precipita osservando l'universo lo vedrebbe invece evolvere sempre più velocemente mentre si avvicina a tale raggio. Al contrario degli oggetti dotati di massa i fotoni non vengono rallentati o accelerati dal campo gravitazionale del buco nero, ma subiscono un fortissimo spostamento verso il rosso (in uscita) o verso il blu (in entrata). Un fotone che si originasse esattamente sull'orizzonte degli eventi diretto verso l'esterno del buco nero subirebbe un tale spostamento verso il rosso da allungare all'infinito la sua lunghezza d'onda e ridurre a zero la sua energia. A tutt'oggi non è possibile conoscere lo stato della materia interna ad un buco nero, le leggi stesse che regolano la fisica all'esterno dell'orizzonte degli eventi perdono validità in prossimità del buco nero. Uno degli oggetti nella Via Lattea candidati ad essere un buco nero è una sorgente di raggi X chiamata Cygnus X-1. Viene ipotizzato che enormi buchi neri (di massa pari a milioni di volte quella del sole) esistano al centro delle galassie, come nella nostra e nella galassia di Andromeda. Ipotesi alternativa Secondo una minoranza di ricercatori, i buchi neri non esistono. Bisogna infatti ricordare che l'esistenza dei buchi neri non è sicura, in quanto manca ancora una osservazione diretta del fenomeno nelle immediate vicinanze dell'orizzonte degli eventi. Tuttavia esistono indizi talmente numerosi della loro esistenza da poterla considerare accertata. È sempre possibile che tutti questi indizi vengano spiegati da un'entità fisica, oggi ancora sconosciuta, che non sia un buco nero, ma questa ipotesi sembra estremamente improbabile ed è in diretta contraddizione al principio del rasoio di Occam. Leggende associate ai buchi neri Per il loro fascino esotico, oltre che per le difficoltà concettuali e matematiche a uno studio serio dell'argomento, i buchi neri appaiono in molte leggende pseudoscientifiche. I buchi bianchi Una ipotesi suggerita a livello divulgativo e che ha avuto fortuna nelle speculazioni fantascientifiche è che ad ogni buco nero corrisponda un misterioso buco bianco da cui la materia inghiottita riemerge. Le varianti di questa leggenda vogliono che la materia riemersa abbia acquisito strane proprietà, solitamente trasformandosi in una massa equivalente di antimateria. Non esiste alcuna prova sperimentale né necessità teorica per l'esistenza dei buchi bianchi. I wormhole La leggenda sui wormhole, o tunnel cosmici, nasce da alcune teorie scientifiche speculative sull'argomento. La versione più comune della leggenda richiede che il buco nero deformi lo spazio circostante fino a portare due lembi di spazio-tempo, solitamente distanti, a toccarsi. I wormhole sarebbero percorribili (almeno in teoria) permettendo viaggi nel tempo o a velocità superluminali. Non è mai stata dimostrata, direttamente o indirettamente, l'esistenza di tunnel cosmici, inoltre le teorie che ne ammettono l'esistenza pongono anche dei limiti alla loro dimensione o alla quantità di energia necessaria ad attraversarli tali da renderne l'utilizzo pratico impossibile. Il Big Bang deriva da un buco nero Un'altra teoria piuttosto diffusa vuole che il Big Bang sia dovuto all'esplosione di un buco nero che aveva precedentemente inghiottito tutta la massa dell'universo. Questa teoria, pur essendo possibile, non è mai stata dimostrata; inoltre non è richiesta da nessun risultato scientifico. In altre parole che il Big Bang si origini o meno da un buco nero è irrilevante poiché le teorie fisiche conosciute sono valide solo alcuni istanti dopo il Big Bang e non permettono di azzardare ipotesi su cosa ci fosse prima. Il nostro universo è l'interno di un buco nero Chi sostiene questa teoria intende che un buco nero, formatosi in un super universo con un maggior numero di dimensioni del nostro, contenga al proprio interno l'universo in cui viviamo. Poiché il tempo smette di esistere sull'orizzonte degli eventi si suppone che una delle dimensioni spaziali ne prenda il posto, producendo all'interno del buco nero un universo con una dimensione spaziale in meno. Esistono altre varianti della teoria, in cui la dimensione spaziale viene persa in altre maniere, in cui il tempo si inverte di direzione o in cui il buco nero si stacca dall'universo d'origine, come una specie di bolla. Questa teoria, pur essendo affascinante, è assolutamente speculativa e si scontra con la nostra assoluta ignoranza di cosa accada realmente all'interno dei buchi neri. Come nel caso precedente, le leggi fisiche note perdono validità ben prima che queste speculazioni entrino in gioco.
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