Immagine ripresa da First image of our black hole "This is the first image of Sgr A*, the supermassive black hole at the centre of our galaxy."

È l'orizzonte degli eventi la porta d'ingresso dei buchi neri. Qui accadono "cosa strane". Appena superato l'orizzonte degli eventi, la forza di gravità è così forte che nulla può più uscire, neanche la luce. Per cercare di immaginare cosa accade, pensiamo alla gravità di Einstein con un'analogia che funziona sempre. Lo spazio-tempo è un concetto fisico introdotto da Einstein e rappresenta "il palcoscenico" in cui si svolge la "nostra realtà". Tre dimensioni spaziali e una temporale servono per descrivere ogni fenomeno fisico. Immaginiamo questo spazio-tempo come un tappeto elastico, incurvato dalle masse che ci si appoggiano. Tanto maggiore è la massa e tanto maggiore è la distorsione provocata "sul tappeto" dello spazio-tempo. Ecco, la gravità è una distorsione del tempo e dello spazio. La legge di gravitazione universale di Newton funziona, per esempio, per descrivere i moti dei pianeti del sistema solare, ma vicino all'orizzonte degli eventi servono le equazioni di Einstein e dentro non bastano più. Un buco nero provoca una distorsione, o curvatura, così importante dello spazio-tempo che non è facile descrivere cosa accada veramente neanche per gli addetti ai lavori. Tuttavia, qualche idea i fisici ce l'hanno. Nella zona dell'orizzonte degli eventi il tempo, rispetto a un osservatore esterno, rallenta. Dove la gravità è più forte il tempo trascorre più lentamente rispetto a un punto in cui la gravità è più debole. In altre parole, in luoghi diversi il tempo scorre in maniera diversa. All'interno del buco nero, però, la distorsione diventa infinita, si ha quella che i fisici chiamano una "singolarità". Giù nel fondo del buco nero il tempo è rallentato a dismisura. Fuori, possono essere passati milioni di anni, ma laggiù solo poche frazioni di secondo. Qui arriva l'idea di Rovelli e del suo collega Haggard: all'interno del buco nero la stella morente si schiaccia fino ad arrivare alla minima dimensione possibile che i fisici chiamano "lunghezza di Planck" (da "grandi" capirete il perché). Ora, arriva il difficile!

Il nuovo libro di Carlo Rovelli a) Dal libro (pagina 69): "Un'immagine intuitiva di una rete di spin e dei quanti di spazio che rappresenta." b) Dal libro (pagina 105): Schema del flusso dell'informazione nella transizione dal buco nero al buco bianco.

Il mondo microscopico è descritto in fisica dalla teoria quantistica. Per esempio, gli elettroni che si muovono intorno al nucleo di un atomo lo fanno con valori discreti di velocità e, quindi, non possono avere energie arbitrarie. Vi ricordate gli orbitali atomici? A ognuno di essi è associata una particolare energia, gli elettroni si eccitano e diseccitano saltando da un livello all'altro. La natura al livello microscopico è discreta. A piccole scale tutti i fenomeni sono quantistici, si manifestano cioè in maniera granulare, come dice Rovelli. Anche lo spazio è granulare. Esistono cioè dei grani, dei quanti di spazio di dimensione finita. Il grande fisico Roger Penrose, premio Nobel nel 2020, ha sviluppato la matematica necessaria per descrivere i grani di spazio connessi in una rete di spin, come l'ha chiamata lui. Spin in inglese significa ruotare, le rotazioni giocano un ruolo fondamentale nella matematica che descrive questa rete di "grani di spazio". Ora, se lo spazio è granulare, l'interno di un buco nero non può schiacciarsi fino a diventare più piccolo di un singolo grano. All'interno del buco nero, la contrazione nel lungo imbuto formato dalla stella morente deve fermarsi prima di arrivare alla singolarità. Rovelli e Haggard pensano che una volta che la stella è diventata una "stella di Planck", compiendo un salto quantico, rimbalza e inizia a esplodere. È un po' lo stesso processo che ha portato al Big Bang. Forse da un precedente Universo, lo spazio e il tempo si sono dissolti e poi si sono riformati!
Ma il bello deve ancora arrivare... Le equazioni della fisica quantistica, secondo Rovelli, dicono che giù in fondo al buco nero, quando si forma la stella di Planck e si arriva nella regione quantistica, questa si trova nel futuro! La singolarità non si trova nel centro e nel fondo dove c'è la stella che ha generato il buco nero, ma è come un lungo tubo che si allunga e si stringe sempre di più e nel futuro si schiaccia su una linea. "La singolarità non sta al centro, sta dopo", dice Rovelli. Qui avviene una specie di rimbalzo e si forma un buco bianco, dove il tempo è ribaltato e tutto può uscire, ma non entrare. Beh, sì sembra fantascienza...
Non lo è. Carlo Rovelli sta lavorando per arrivare a unire la teoria della gravitazione generale di Einstein con la fisica quantistica, un obiettivo perseguito da tempo dai fisici. I buchi neri e la teoria dei buchi bianchi sono una via che lo scienziato sta tentando di percorrere per arrivare al suo scopo. L'idea di Rovelli e Haggard sta nel ribaltare il tempo: un buco bianco è un buco nero con il tempo ribaltato. Nel 1974 il grande Stephen Hawking (leggi anche Grazie Stephen!) dimostrò che i buchi neri emettono calore, un processo questo irreversibile che rimpicciolisce l'orizzonte degli eventi di un buco nero. L'interno resta grande, solo l'orizzonte rimpicciolisce. Questa emissione di calore dai buchi neri è nota come radiazione di Hawking. Intorno a questo concetto c'è tutta una fisica da capire e scoprire, che magari studierete in futuro. L'ipotesi del buco bianco potrebbe essere in accordo con il fenomeno della radiazione di Hawking, che può ridurre l'orizzonte degli eventi fino a farlo diventare piccolissimo. A questo punto la distorsione dello spazio-tempo sarebbe molto grande, entrerebbe in gioco la fisica quantistica e la probabilità del salto dal buco nero al buco bianco sarebbe così alta, tanto che il salto avviene. Il salto nel futuro! Chiaro?
Ecco, studiare matematica seriamente vi aiuterà a capire tutto questo. Non è un buon motivo per studiarla?

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it) - Pubblicato il 7 aprile 2023