Wednesday, May 9, 2018

Buchi Neri, Il paradosso dell’informazione


Nonostante la loro popolarità li abbia quasi resi banali agli occhi del grande pubblico, i buchi neri continuano periodicamente a riservarci delle sorprese, come ultimamente è avvenuto nel caso del cosiddetto “paradosso dell’informazione”.



Il perché sia difficile anche solo descrivere e modellare teoricamente un buco nero deriva dal fatto che la nostra rappresentazione dei fenomeni naturali conosciuti si basa su due teorie fisiche sorte agli inizi del 1900: la teoria della Relatività Generale e la Meccanica Quantistica. La prima è in grado di spiegare i fenomeni governati dalla gravità nel macrocosmo, mentre la seconda descrive i fenomeni relativi al microcosmo come il moto di particelle atomiche e subatomiche e le loro interazioni non gravitazionali. Queste teorie spiegano con grande precisione i fenomeni che le riguardano, ma è un problema impiegarle assieme.

Meccanica quantistica
Il caso dei buchi neri è paradigmatico in questo senso, perché in maniera un po’ naïf li possiamo immaginare come oggetti la cui forza di gravità è elevatissima, ricadendo così nella “regione di competenza” della Relatività, ma che contemporaneamente diventano così piccoli da richiedere per alcuni aspetti un trattamento basato sui principi della Meccanica Quantistica. La questione nasce dal fatto che le due teorie si basano su presupposti non compatibili tra loro e quindi risultano inconciliabili. Perciò, nonostante nessuno degli esperimenti e delle osservazioni note abbia finora contraddetto né la Relatività né la Meccanica Quantistica, gli addetti ai lavori ritengono che questo prima o poi avverrà e che sia necessario trovare una nuova teoria che riesca a fonderle.
Teoria delle Stringhe
L’ipotesi di lavoro più “gettonata” è quella di trovare una teoria quantistica della gravità, e quella più promettente si chiama Teoria delle Stringhe. Ad ogni modo gli astrofisici si sono pure posti la questione se sia il buco nero eterno o meno. Detto in maniera estremamente sintetica, la risposta a questa domanda richiede di studiare l’evoluzione dell’informazione contenuta da tali oggetti e far riemergere il contrasto fra le due teorie: la meccanica quantistica richiede a priori che l’informazione venga sempre conservata, mentre la relatività generale afferma che questa venga distrutta dalla singolarità di un buco nero, da cui nasce il cosiddetto paradosso dell’informazione.
Se si ammette che il buco nero sia eterno il problema non sussiste dato che qualunque cosa s’intenda con informazione o qualunque sia la fine che essa potrebbe fare al suo interno, la teoria della relatività assicura che l’interno di un buco nero non è osservabile dall’esterno, e quindi non potremo mai sapere cosa potrebbe accadere dentro. Nulla c’impedirebbe allora di affermare che l’informazione venga conservata, sia pure in maniera inaccessibile a chiunque rimanga all’esterno del buco nero.
Buco Nero
La soluzione a questo problema ormai trentennale è stata annunciata nel luglio del 2004 proprio da Stephen Hawking, il fisico che l’aveva sollevato. La spiegazione, infatti, è stata illustrata durante un intervento predisposto all’ultimo momento nel corso della 17° Conferenza Internazionale di Relatività Generale e Gravitazione tenutasi a Dublino.
La vicenda ha anche un risvolto giocoso. Una decina di anni fa tre fisici si sono talmente appassionati di fronte al problema del paradosso dell’informazione contenuto nel buco nero tanto da fare una scommessa: Stephen Hawking e Kip Thorne, sostenevano che l’informazione contenuta nel buco nero dovesse andare persa tanto da contraddire le ipotesi della meccanica quantistica, mentre John Preskill affermava che era la relatività generale ad essere in errore e comunque si sarebbe trovato un meccanismo che avrebbe preservato l’informazione. In palio un’enciclopedia a scelta del vincitore dalla quale, come recitava il testo della scommessa, “si sarebbe potuto estrarre informazioni a piacimento.”
Nonostante il trionfale annuncio, tuttavia, la soluzione proposta è risultata alquanto ostica anche per gli specialisti del settore ed in sintesi sfrutta un meccanismo di “tunnelling”; questo concetto, familiare in meccanica quantistica, afferma che particelle intrappolate in una barriera energetica che la fisica classica vieterebbe di attraversare, hanno in realtà una probabilità non nulla di riuscire a superarla come, appunto, se “si scavassero un tunnel” al di sotto di questa barriera.
Grazie ad esso la radiazione emessa non è più di tipo termico, e ciò significa che porta con se dell’informazione che in questo modo non andrebbe persa.

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