E-school  di  Arrigo Amadori

Miscellanea

I buchi neri sono ... grigi ...

Verso una sola teoria.

La descrizione dei fenomeni naturali conosciuti avviene grazie a due teorie fisiche create
nei primi decenni del 1900 : la teorie della relatività e la meccanica quantistica.

La teoria della relatività spiega i fenomeni legati al macrocosmo (oggetti macroscopici, 
pianeti, stelle galassie, universo nel suo insieme) mentre la meccanica quantistica spiega 
i fenomeni relativi al microcosmo (particelle, interazioni).

Le due teorie sono inconciliabili perché basate su presupposti completamente diversi,
antitetici. Le due teorie spiegano con grande precisione i fenomeni ad esse proprie
ma falliscono laddove macrocosmo e microcosmo si fondono.

I buchi neri sono appunto oggetti in cui le due teorie si devono combinare. In essi
il campo gravitazionale è così intenso che la materia in essi contenuta raggiunge densità
enormi. In tali densità le particelle costituenti la materia interagiscono con il campo
gravitazionale in modi non ancora ben conosciuti. 

Occorre una nuova teoria che unifichi relatività e meccanica quantistica, una teoria del "tutto". 

Gli sforzi attuali sono orientati in questa direzione e la neonata teoria delle stringhe e delle 
brane rappresenta l'attuale tentativo di unificare tutte le conoscenze.

Buco ... grigio.

Un buco nero, secondo la teoria della relatività, incurva talmente lo spazio-tempo 
attorno ad esso che neppure la luce può uscirne (ecco il perché del nome).

Un buco nero ha attorno a sé una superficie immaginaria, detta orizzonte degli eventi,
che rappresenta appunto il confine che né materia né energia possono valicare
(dall'interno del buco nero verso l'esterno).

Un buco nero, per questi motivi, può solo assorbire energia e materia e non può
emettere nulla.

Secondo la meccanica quantistica anche il vuoto possiede una sua energia, una  
sua fluttuazione intrinseca.

Consideriamo allora la regione di spazio immediatamente vicina all'orizzonte
degli eventi di un buco nero.

Il vuoto, anche in questa regione, possiede una sua fluttuazione energetica e può 
creare casualmente un fotone (un quanto di energia elettromagnetica). Non si 
tratta di creazione dal nulla, come potrebbe sembrare, bensì ciò ha origine dal fatto
che il vuoto non è vuoto nel senso propriamente classico del termine : esso possiede
una sua energia intrinseca.

Secondo la teoria della relatività, energia e materia sono due facce della stessa
realtà e si possono trasformare luna nell'altra secondo la nota equazione di Eistein 
E = mc²  (energia = massa per velocità della luce al quadrato).

Il fotone creato dalla fluttuazione del vuoto può, allora, spontaneamente trasformarsi 
in due particelle (per esempio un elettrone ed un positrone, l'antiparticella 
dell'elettrone) in modo che il principio di conservazione dell'energia sia soddisfatto,
ovvero che la somma delle energie delle due particelle create sia uguale all'energia
del fotone di partenza.

Le due particelle create dal fotone possono annichilirsi (annullarsi a vicenda, scontrandosi,
in modo da riformare il fotone iniziale) oppure, in prossimità dell'orizzonte degli eventi,
una delle due particelle potrebbe essere catturata dal buco nero penetrando il suo
orizzonte degli eventi.



Nel primo caso ( I ) le due particelle, elettrone e positrone, che scaturiscono da un fotone
prodotto dalla fluttuazione del vuoto vanno a riformare un fotone annichilendosi e non vi 
è produzione di nuove particelle.

Nel secondo caso ( II ) invece, una particella viene catturata dal buco nero mentre l'altra 
sembra spuntare da nulla. Per un osservatore esterno, il buco nero sembra emettere
particelle per cui un buco nero, in realtà, è ... grigio ....

Dobbiamo questa sorprendente teoria al grande fisico contemporaneo Stephen Hawking.

Fine. 

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