Il fisico vivente più famoso ha proposto un nuovo modo di risolvere uno dei puzzle più sconcertanti della fisica moderna: un buco nero può cancellare le informazioni dall'universo? Secondo Stephen Hawking e i suoi collaboratori, la risposta potrebbe essere no: se dai ai buchi neri una folta chioma.
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"Se questa sia la risposta finale non ci è assolutamente chiaro", afferma il co-autore Malcolm Perry, un fisico teorico dell'Università di Cambridge. "Stiamo dicendo che è un passo avanti."
La descrizione più elementare di un buco nero afferma che ciò che accade non viene mai fuori. Basato sulla teoria della relatività generale di Einstein, che descrive in che modo la gravità influisce sul cosmo, un buco nero è così massiccio che qualsiasi cosa che attraversi il suo bordo, o orizzonte degli eventi, viene tirato dentro e perso per sempre, persino la luce.
Poi, negli anni '70, Hawking scoprì che i buchi neri stessi potevano scomparire. Grazie alle previsioni della meccanica quantistica, i fisici pensano che lo spazio non sia un vuoto ma sia pieno di cosiddette particelle virtuali che strizzano l'occhio dentro e fuori dall'esistenza. Queste particelle compaiono in coppie che sono destinate ad annichilirsi non appena entrano in contatto l'una con l'altra. Ma se una coppia appare su entrambi i lati dell'orizzonte degli eventi di un buco nero, uno viene inghiottito e l'altro si irradia nello spazio.
La radiazione in fuga ruba energia dal buco nero mentre parte, in modo che il buco nero perda massa nel tempo. Alla fine evapora dall'esistenza. Secondo i calcoli di Hawking, la radiazione persistente - l'unica traccia di un buco nero scomparso - non contiene informazioni utili su come si sia formato il buco nero e cosa abbia mangiato.
Questo è un problema per i fisici che sperano di unire la relatività con la meccanica quantistica, che secondo la maggior parte degli esperti proibisce la perdita di informazioni. Distruggere un'enciclopedia, bruciarlo o perderlo nella gravità incredibilmente forte di un buco nero, e i suoi resti devono sempre contenere indizi che, in teoria, consentano di riavvolgere il nastro e di conoscerne il contenuto originale.
Alla ricerca di questa reversibilità, Hawking rivisitò i suoi calcoli originali. All'epoca in cui proponeva la radiazione del buco nero, i teoremi matematici avevano dipinto i buchi neri come entità abbastanza prive di caratteristiche quando visti dall'esterno. Tutto ciò che poteva essere misurato era la massa totale e la carica di un buco nero, nonché la velocità con cui filava.
Il nuovo lavoro, pubblicato online questa settimana sul sito prestampato arxiv.org, conferisce al mostro cosmico ulteriori caratteristiche distintive note come "peli", in questo caso, piccoli cambiamenti nel vuoto appena fuori dall'orizzonte degli eventi.
"Dimostriamo che se lanci qualcosa in un buco nero nel modo giusto, puoi impiantare i capelli", afferma il fisico teorico Andrew Strominger dell'Università di Harvard. Lui e i suoi colleghi lo illustrano con particelle cariche.
Come l'energia, la carica elettrica non può essere né creata né distrutta. Poiché la carica deve essere conservata nell'universo, Hawking e i suoi co-autori suggeriscono che le particelle cariche che attraversano l'orizzonte degli eventi potrebbero lasciare tracce di se stesse nello spazio sotto forma di strane particelle di luce, chiamate fotoni morbidi, che non hanno energia. Questi fotoni bizzarri cambiano il vuoto dello spaziotempo e gli consentono di conservare le informazioni sulle particelle originali.
Hawking e i suoi colleghi propongono che il vuoto alterato possa memorizzare informazioni su oggetti tridimensionali sulla superficie del buco nero, allo stesso modo in cui un ologramma agisce come una rappresentazione 3D di un'immagine piatta.
"Se la matematica della relatività generale lo consenta è piuttosto sottile", afferma Lee Smolin, un fisico teorico del Perimeter Institute for Theoretical Physics. Smolin preferisce invece le spiegazioni quantistiche dei buchi neri in base ai loro centri anziché ai loro bordi, aggiungendo che cercherà altri esperti per verificare la matematica sul nuovo documento.
Nessuno ha ancora segnalato un errore nei calcoli, ma sono emerse preoccupazioni che la teoria sia nella migliore delle ipotesi incompleta. Sabine Hossenfelder del Nordic Institute for Theoretical Physics si domanda quante informazioni potrebbero codificare i capelli morbidi proposti. Sottolinea inoltre che la carta non spiega come i peli, che sarebbero scomparsi con il buco nero una volta evaporato, avrebbero trasferito le loro informazioni alla radiazione che rimane.
"Non sono affatto convinto che la nuova idea proposta da Hawking, Perry e Strominger risolva il problema della perdita di informazioni", scrive sul blog Backreaction. “Ma sembra un viale interessante che merita ulteriore esplorazione. E sono sicuro che vedremo ulteriori esplorazioni. "
