Orologi perfetti? Solo fiction!

Può il tempo essere misurato in maniera estremamente precisa, sempre e in qualsiasi luogo? La risposta potrebbe sorprendere persino gli orologiai. Oggi, un gruppo di fisici delle università di Varsavia e Nottingham ha dimostrato che quando abbiamo a che a fare con accelerazioni molto grandi, nessun orologio sarà mai in grado di indicare la vera misura del tempo, un concetto noto in fisica come “moto proprio”.

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I buchi neri non sono eterne ‘prigioni’

L’argomento più caldo della scorsa settimana, e che ha fatto il giro del web e dei media tradizionali, è stato l’annuncio da parte di Stephen Hawking secondo il quale ci sarebbe un modo per risolvere il famigerato paradosso dell’informazione dei buchi neri. I fisici hanno a lungo dibattuto su ciò che accade all’informazione circa lo stato fisico di un oggetto che viene “risucchiato” da un buco nero. Inizialmente, si pensava che l’informazione fosse perduta per sempre ma poi si concluse che ciò violava le leggi della meccanica quantistica. Ora secondo lo scienziato inglese, che ha presentato la sua proposta durante la Hawking Radiation Conference ospitata dal Nordic Institute for Theoretical Physics (Nordita) in Svezia (post), l’informazione non finirebbe completamente nel buco nero ma potrebbe essere per così dire “trattenuta” nel suo confine, ossia nell’orizzonte degli eventi, ed essere “trasportata” verso l’esterno, anche se in una forma caotica, mediante la radiazione Hawking.

The Hawking Radiation Conference

La lista dei partecipanti non ha nulla da invidiare alle stelle che si vedono sfilare durante la cerimonia per gli Academy Awards, ma in questo caso si tratta di tutt’altro. Stiamo parlando di una conferenza in onore di Stephen Hawking organizzata dal Nordic Institute for Theoretical Physics (Nordita). Infatti, il celebre fisico e cosmologo inglese assieme ad una ventina di fisici tra i più influenti al livello mondiale saranno impegnati per una settimana, dal 24 al 29 Agosto, a confrontarsi su alcuni degli argomenti più caldi che riguardano l’astrofisica dei buchi neri, tra cui la radiazione Hawking, il paradosso dell’informazione e l’esistenza delle singolarità gravitazionali.

Singolarità e orizzonte degli eventi potrebbero essere un ‘mito’

Si sono dette e sentite tante cose sui buchi neri, gli oggetti più densi che conosciamo nell’Universo, forse i più bizzarri in assoluto. Di recente abbiamo pubblicato un paio di post sulla polemica scatenata da Stephen Hawking in merito alla sua dichiarazione secondo la quale “i buchi neri non esisterebbero” (post1; post2), forse mal interpretata e che ha a che fare con il paradosso della (perdita di) informazione. Oggi, però, va all’attacco, si fa per dire, anche Laura Mersini-Houghton, una professoressa di fisica alla University of North Carolina a Chapel Hill, la quale ha dimostrato matematicamente che i buchi neri potrebbero di fatto non originarsi mai. Questo lavoro non solo forza gli scienziati ad introdurre nuovi concetti di spazio e tempo ma induce a ripensare anche a quei processi fisici che hanno dato origine all’Universo.

Una descrizione olografica dei buchi neri quantistici al computer

Un gruppo di ricercatori giapponesi hanno realizzato una serie di simulazioni numeriche per verificare la relazione massa-temperatura di un buco nero. L’obiettivo è quello di capire se il loro “modello olografico” possa descrivere accuratamente i processi dinamici che avvengono in prossimità di un buco nero. Infatti, così come un ologramma è in grado di registrare l’informazione di oggetti tridimensionali posti su un piano, analogamente questa nuova “tecnica olografica” potrebbe descrivere quei fenomeni dinamici che avvengono in uno spazio estremamente curvo, proprio come succede attorno ad un buco nero, in termini di una teoria elaborata considerando uno ‘spaziotempo piatto’. Mentre in precedenza alcuni esperimenti si sono limitati a considerare una situazione in cui gli effetti della gravità quantistica possano essere trascurati, i risultati di questi test suggeriscono che il modello è corretto anche nel regime in cui gli effetti quantistici non possono essere trascurati.  Il passo successivo è quello di applicare questa “teoria olografica” per risolvere una serie di interrogativi che riguardano l’evaporazione dei buchi neri.

KEK: Computer simulation supports a “holographic” theory describing a black hole

arXiv: Holographic description of quantum black hole on a computer

Un buco nero si forma con ‘meno’ energia

È quanto emerge da uno studio recente che è stato pubblicato da Frans Pretorius e William East della Princeton Univeristy. I due ricercatori hanno sviluppato alcuni modelli numerici trovando che per formare un buco nero viene richiesta una quantità di energia pari a 2,4 volte meno rispetto a quanto sia stato ipotizzato in precedenza.

I buchi neri hanno da sempre catturato l’immaginario collettivo essendo gli oggetti celesti più misteriosi e più ‘mostruosi’ che conosciamo (vedasi Enigmi Astrofisici). Inoltre, alcuni esperimenti che sono stati condotti presso LHC hanno creato una certa paura condivisa per il fatto che i buchi neri microscopici possono essere creati in seguito ai processi di collisione delle particelle (post). Oggi, i due ricercatori hanno sviluppato dei modelli per capire cosa accade quando le particelle collidono, quanto tempo e cosa occorrerebbe per creare un minuscolo buco nero e quale sarebbe la probabilità che gli scienziati siano in grado di crearne uno in laboratorio. I ricercatori sanno perfettamente che è possibile, per via teorica, creare i buchi neri poiché dall’equivalenza massa-energia, descritta dalla relatività generale, aumentare la velocità di una particella implica un aumento della sua massa. Il modello sviluppato dai due ricercatori si basa sulla teoria di Einstein e fornisce una sorta di ‘finestra virtuale’ che ci permette di vedere cosa succede quando due particelle collidono, il modo con cui le loro energie si producono e si focalizzano su ogni particella e come viene creata la massa data dalla combinazione delle due particelle, spingendo così la gravità al suo limite dando luogo alla formazione di un micro buco nero. Questo risultato è previsto ma ciò che è stato sorprendente osservare è che l’energia richiesta per produrre il buco nero è inferiore di 2,4 volte rispetto a quanto è stato calcolato in precedenza. Naturalmente, i ricercatori assicurano che non c’è alcun pericolo che siano prodotti in realtà buchi neri che possano ‘divorare’, per così dire la Terra anche perché un acceleratore di particelle come LHC dovrebbe generare energie miliardi di volte superiori a quelle attuali. Inoltre, anche se fosse il caso, questi buchi neri scomparirebbero immediatamente una volta creati grazie al meccanismo noto come radiazione Hawking.

The equations of General Relativity have been solved only in very simple cases. Frans Pretorius of Princeton University held at SISSA on February 27, 2013, a public conference to illustrate the innovative method he has employed to obtain solutions of Einstein’s General Relativity in realistic problems for modern astrophysics like, for instance, the collision of black holes. 

arXiv: Ultrarelativistic black hole formation