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La pazienza di resistere al fascino del buco nero La pazienza di resistere al fascino del buco nero Le conseguenze di un campo gravitazionale così intenso portano fuori dalla fisica e dalla esperienza ordinaria Ls ANCORA una volta eccomi qui a parlare dei famosi «buchi neri», stimolato da un'interessante discussione di Paul Davies, apparsa su New Sdentisi. Per apprezzarla meglio I tanto vale ricominciare tutto da capo. Tutti i corpi celesti sono caratterizzati da una velocità di fuga. Se spariamo (attrito a parte) un proiettile dalia Terra a una velocità che.supera 11 km al secondo lo facciamo uscire permanentemente dal pianeta. Sul Sole la velocità corrispondente (detta appunto di fuga) sale ad oltre 600 km al secondo, sul pianetini si riduce a pochi metri al secondo. La velocità di fuga aumenta con la massa del corpo e aumenta anche se costringiamo questa massa entro un volume sempre più piccolo. Ad esempio una stella nana, che comprime la massa del sole entro il volume della Terra, ha una velocità di fuga che sale a circa 10.000 km/sec. Nel buco nero la compressione è cosi violenta da ottenere una velocità di fuga pari alla velocità delia luce. E poiché questa velocità {circa 300.000 km/sec.) è la massima raggiungibile, nessun corpo può effettivamente lasciare la superficie della stella. Più precisamente esiste un orizzonte, detto degli eventi, che non può essere valicato (a meno di non rinunciare al ritorno). La luce stessa non può uscire dall'orizzonte, di qui 11 nome •buco nero». Sull'orizzonte degli eventi il tempo è come congelato: 11 collasso gravitazionale della stella che ha condotto al buco nero appare fermo all'ultimo fotogramma. Nel 1974 S. Hawking usci con la straordinaria teoria secondo cui 11 buco nero merita 11 nome solo se non si tiene conto della meccanica del quanti. Utilizzandola diventano Invece possibili alcuni fenomeni apparentemente paradossali. Nella teoria dei campi lo spazio in cui viviamo non è affatto vuoto anche quando sembra tale. In esso appaiono e scompaiono continuamente coppie di particel- Ie-antlparticelle che vivono una frazione infinitesima di secondo e poi si annichilano. Un apparato macroscopico non riesce assoluta-, mente a vedere separata-, mente le componenti della coppia, vede solamente la somma degli effetti, che è nulla in quanto particella e antiparticella si neutralizzano a vicenda. Se tuttavia consideriamo un piccolo buco nero, del diametro di un atomo o anche meno, possiamo vedere effetti paradossali. Se per caso viene creata una coppia nelle vicinanze (e capita tutti i momenti) il buco nero può, data la sua piccolezza, ingoiare una delle componenti, farla sparire e lasciare l'altra spaiata in giro per l'universo. In questo caso un osservatore esterno vede il fenomeno come l'emissione della particella restante da parte del buco nero. Questo deve però rendere l'energia necessaria alla creazione della coppia trattenendo solamente una particella. La sua energia effettiva diminuisce; per queste ragioni i buchi neri sono in realtà degli emettitori di particelle, emettono fotoni o atomi di luce, ma anche elettroni e, se abba¬ stanza piccoli, qualunque tipo di particella. Un buco nero grande evapora lentamente e la sua massa viene convertita gradualmente in particelle. Per un buco nero di massa stellare la vita media sarebbe di circa 10E64 anni (la cifra 1 seguita da 64 zeri). Il suo raggio arriverebbe ad alcuni chilometri. Se la sua massa scendesse sotto la tonnellata, la sua evaporazione sarebbe quasi istantanea e condurrebbe alla fine dell'oggetto, in un lampo accecante di radiazione. Il campo gravitazionale di una roccia di una tonnellata è trascurabile e non può costringerla entro le dimensioni di un buco nero: non esistono speranze ragionevoli di osservare un evento del genere. Esistono invece moltissime speculazioni teoriche. In sostanza, il buco nero agisce come un perfetto convertitore di materia in energia, pur di avere pazienza. Davies, seguendo certe analisi di Unruh e Wald, cerca di immaginare cosa si vedrebbe entrando In un buco nero. La prima difficoltà risiède nel superare l'intenso campo gravitazionale. Se si riuscisse a rima¬ nere sospesi potremmo osservare attorno a noi la radiazione di Hawking. Giova 1 tuttavia ricordare che la radiazione ricevuta da un osservatore esterno è fortemente rallentata dal campo ' gravitazionale. Entrando in esso la dovremmo rivedere in tutto 11 suo splendore, come se fosse emanata da una sorgente a temperatura altissima. Un osservatore sospeso al di sopra dell'orizzonte si sentirebbe prossimo a una Intensissima sorgente luminosa, avvicinandosi ancora vedrebbe anche dei raggi X e gamma. Se l'osservatore invece precipitasse, non vedrebbe alcuna luce, questa appare solamente a coloro che lottano contro un campo gravitazionale o sono accelerati. Unruh e Wald Immaginano cosa capiterebbe a una scatola con pareti riflettenti che scendesse entro il campo del buco nero. Oltre un certo limite, la radlazloT ne esterna è cosi forte da far galleggiare la scatola sulla luce. Un osservatore suicida che decidesse di non resistere alla caduta, non vedrebbe invece la luce e non capirebbe che cosa fa levi¬ tare la scatola in un campo cosi intenso. Esiste infatti una spiegazione completamente diversa dello stesso fenomeno, non incompatibile con la prima e che dimostra gli strani e apparentemente assurdi giochetti logici cui conduce la relatività. Secondo Davies e Fulllng uno specchio in accelerazione emette radiazione. Dunque la pareti della scatola, essendo speculari, emettono luce nelle varie direzioni. Se si fa il conto di quanto viene emesso dalla scatola riflettente, si trova che l'energìa contenuta in essa dovrebbe continuamente diminuire fino al punto in cui perde peso e fluttua sospesa nel campo del buco nero. CI si può chiedere a che cosa servano questi strani esperimenti concettuali che. 1 tisici chiamano «Oedanken Experlment». Non certo a scopi pratici dato che, per fortuna, 1 buchi neri so-' no ben distanti. Come fanno notare Unruh e Wald, se la scatoletta riflettente potesse cadere senza resistenza fino all'orizzonte degli eventi, si arriverebbe a una violazione del secondo principio della termodinamica e quindi al moto perpetuo di seconda specie. In altri termini si potrebbe utilizzare il buco nero per far decrescere l'entropia dell'universo, un'eventualità che non preoccupa certo 1 promotori del Festival di San Remo, ma che viene considerata come una vera Iattura dagli esperti del ramo. A chi pensa .che tutto questo è una fantasia onirico papiracea con risvolti alla Asimov, rispondo che le conseguenze di un campo gravitazionale cosi intenso come quello esistente entro il buco nero, ci conducono completamente fuori della fisica e della esperienza ordinarla. Per capirle appieno occorre una conoscenza globale della fisica. Fenomeni trascurabili o addirittura Impossibili da osservare nelle condizioni ordinarle, diventano essenziali in queste circostanze, per sal. vare l'ordine che esiste nella Natura. Tullio Regge La defonr azione dello spazio nelle vicinanze di un buco nero: lo • spazio diventa un imbuto che inghiottì' tutto ciò che si avvicina