Da Carlo Rovelli

C’è qualcosa di paradossale in ciò che sappiamo sui buchi neri. Ora sono diventati oggetti “normali” per gli astronomi. Gli astronomi li osservano, li contano e li misurano. Si comportano esattamente come la teoria di Einstein predisse un secolo fa, quando nessuno sognava che oggetti così particolari potessero effettivamente esistere. Quindi, sono sotto controllo. Eppure, rimangono del tutto misteriosi.

Da un lato abbiamo una bella teoria, la relatività generale, confermata in modo spettacolare dalle osservazioni astronomiche, che spiega perfettamente ciò che vedono gli astronomi: questi mostri che inghiottono le stelle ruotano in vortici e producono raggi immensamente potenti e altre diavolerie. L’universo è sorprendente, variegato, pieno di cose di cui non avevamo mai previsto o immaginato l’esistenza, ma comprensibile. D’altra parte, c’è ancora una piccola domanda del tipo in cui i bambini si specializzano quando gli adulti sono eccessivamente entusiasti: “Ma dove va tutto il materiale che vediamo cadere in un buco nero?”

Ed è qui che le cose diventano difficili. La teoria di Einstein fornisce una descrizione matematica precisa ed elegante anche dell’interno dei buchi neri: indica il percorso che il materiale che cade in un buco nero deve seguire. La questione cade sempre più velocemente fino a raggiungere il punto centrale. E poi lose poi le equazioni di Einstein perdono ogni significato. Non ci dicono più nulla. Sembrano sciogliersi come neve al sole. Le variabili diventano infinite e nulla ha senso. Ahi.

Cosa succede alla materia che cade al centro del buco? Non lo sappiamo.

Attraverso i nostri telescopi lo vediamo cadere, e seguiamo mentalmente la sua traiettoria fino a raggiungere quasi il centro, e quindi non abbiamo alcuna conoscenza di ciò che accade dopo. Sappiamo in cosa consistono i buchi neri, sia all’esterno che all’interno, ma manca un dettaglio cruciale: il centro. Ma questo non è certo un dettaglio insignificante, perché tutto ciò che cade (e nei buchi neri che osserviamo nel cielo, le cose continuano a cadere) finisce al centro. Il cielo è pieno di buchi neri in cui possiamo vedere le cose scomparire but ma non sappiamo cosa ne sarà di loro.

Le strade prese per esplorare le risposte a questa domanda sono state finora pericolose. Forse, per esempio, la materia emerge in un altro universo? Forse anche il nostro universo è iniziato in questo modo, emergendo attraverso un buco nero aperto in uno precedente? Forse al centro di un buco nero tutto si scioglie in una nuvola di probabilità dove spazio tempo e materia non significano più nulla? O forse i buchi neri irradiano calore perché la materia che li penetra si trasforma misteriosamente, nel corso di milioni di anni, in calore.

” Cosa succede alla materia che cade al centro del buco? Non lo sappiamo”

Nel gruppo di ricerca con cui lavoro a Marsiglia, insieme ai colleghi di Grenoble e di Nijmegen nei Paesi Bassi, stiamo esplorando una possibilità che ci sembra più semplice e plausibile: la materia rallenta e si ferma prima di raggiungere il centro. Quando è estremamente concentrato, si sviluppa una tremenda pressione che impedisce il suo collasso finale. Questo è simile alla “pressione” che impedisce agli elettroni di cadere negli atomi: è un fenomeno quantistico. La materia smette di cadere e forma una sorta di stella estremamente piccola ed estremamente densa: una “stella di Planck”. Poi succede qualcosa che succede sempre alla materia in questi casi: rimbalza.

Rimbalza come una palla caduta sul pavimento. Come la palla, rimbalza lungo la traiettoria della caduta, in retromarcia temporale, e in questo modo il buco nero si trasforma (per “effetto tunnel”, come si dice in gergo) nel suo opposto: un buco bianco.

Un buco bianco? Cos’è un buco bianco? È un’altra soluzione alle equazioni di Einstein (come i buchi neri) su cui il mio libro di testo universitario dice che “non c’è nulla di simile nel mondo reale” is È una regione di spazio in cui nulla può entrare, ma da cui le cose emergono. È l’inversione temporale di un buco nero. Un buco che esplode.

Ma allora perché vediamo la materia cadere nei buchi neri ma non la vediamo immediatamente rimbalzare di nuovo? La risposta – e questo è il punto cruciale di ciò con cui abbiamo a che fare-sta nella relatività del tempo. Il tempo non passa alla stessa velocità ovunque. Tutti i fenomeni fisici sono più lenti a livello del mare che in montagna. Il tempo rallenta se sono più in basso, dove la gravità è più intensa. All’interno dei buchi neri la forza di gravità è estremamente forte, e di conseguenza c’è un feroce rallentamento del tempo. Il rimbalzo della materia che cade avviene rapidamente se visto da qualcuno nelle vicinanze, se possiamo immaginare qualcuno che si avventura in un buco nero per vedere com’è all’interno. Ma visto dall’esterno, tutto sembra essere rallentato. Enormemente rallentato. Vediamo le cose scomparire e svanire alla vista per un tempo estremamente lungo. Visto dall’esterno, tutto sembra congelato per milioni di anni – esattamente come percepiamo i buchi neri che possiamo vedere nel cielo.

Ma un tempo estremamente lungo non è un tempo infinito, e, se aspettassimo abbastanza a lungo, vedremmo la questione uscire. Un buco nero è in ultima analisi, forse non più di una stella che crolla e poi rimbalza – in estrema rallentatore quando visto dall’esterno.

Questo non è possibile nella teoria di Einstein, ma la teoria di Einstein non tiene conto degli effetti quantistici. La meccanica quantistica permette alla materia di sfuggire alla sua trappola oscura.

Dopo quanto tempo? Dopo un tempo molto breve per la questione che è caduta nel buco nero, ma dopo uno estremamente lungo per quelli di noi che lo osservano dall’esterno.

Quindi ecco tutta la storia: quando una stella come il sole, o un po ‘ più grande, smette di bruciare perché ha consumato tutto il suo idrogeno, il calore non genera più abbastanza pressione per controbilanciare il suo peso. La stella collassa su se stessa, e se è sufficientemente pesante produce un buco nero e cade in esso. Una stella delle dimensioni del sole, cioè migliaia di volte più grande della Terra, genererebbe un buco nero del diametro di un chilometro e mezzo.

Immaginare: tutto il sole contenute all’interno del volume di una collina. Questi sono i buchi neri che possiamo osservare nel cielo. La materia della stella continua il suo corso all’interno, andando sempre più in profondità fino a raggiungere il mostruoso livello di compressione che la fa rimbalzare. L’intera massa della stella è concentrata nello spazio di una molecola. Qui la forza quantica repulsiva entra in azione, e la stella immediatamente rimbalza e inizia ad esplodere. Per la stella, sono trascorsi solo pochi centesimi di secondo. Ma la dilatazione del tempo causata dall’enorme campo gravitazionale è così forte che quando la materia inizia a riemergere, nel resto dell’universo, sono passati decine di miliardi di anni.

È davvero così? Non lo so per certo. Penso che potrebbe essere. Le alternative mi sembrano meno plausibili. Ma potrei sbagliarmi. Cercare di capirlo, ancora, è una tale gioia.

In un ulteriore estratto, “Copernico di Bologna, Rovelli, scrive il valore di una formazione universitaria

…ho trovato anche qualcos’altro a Bologna, quando ho studiato negli anni settanta: un incontro con che spirito della mia generazione, una generazione che era intento a cambiare tutto, che sognava di inventare nuovi modi di pensare, di vivere insieme e di amare. L’università è stata occupata per diversi mesi da studenti politicamente impegnati. Sono stato coinvolto con gli amici di Radio Alice, la stazione radio indipendente che era diventata la voce della rivolta studentesca.

Nelle case che dividevamo, nutrivamo il sogno adolescenziale di ripartire da zero, di rifare il mondo da zero, di rimodellarlo in qualcosa di diverso e più giusto. Un sogno abbastanza ingenuo, senza dubbio, sempre destinato a incontrare l’inerzia del quotidiano; sempre suscettibile di subire grandi delusioni. Ma era lo stesso sogno che Copernico aveva incontrato in Italia all’inizio del Rinascimento. Il sogno non solo di Leonardo e di Einstein ma anche di Robespierre, Gandhi e Washington: sogni assoluti che spesso ci catapultano contro un muro, che spesso vengono mal indirizzati – ma senza i quali non avremmo nulla di meglio nel nostro mondo di oggi.

“Un buco nero non è forse altro che una stella che collassa e rimbalza al rallentatore estremo”

Cosa può offrirci ora l’università? Può offrire le stesse ricchezze che Copernico trovò: la conoscenza accumulata del passato, insieme all’idea liberatrice che la conoscenza può essere trasformata e diventare trasformativa.

Questo, credo, è il vero significato di un’università. È la casa del tesoro in cui la conoscenza umana è devotamente protetta, fornisce la linfa vitale da cui dipende tutto ciò che sappiamo nel mondo e tutto ciò che vogliamo fare. Ma è anche il luogo dove si nutrono i sogni: dove abbiamo il coraggio giovanile di mettere in discussione quella stessa conoscenza, per andare avanti, per cambiare il mondo.

Questi estratti sono tratti dal libro There Are Places In The World Where Rules Are Less Important Than Kindness, pubblicato da Allen Lane il 5 novembre nel Regno Unito. Una recensione segue overleaf

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