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La radiazione di Hawking secondo Chris Adami

Hawking scoprì che i buchi neri non sono propriamente neri, in quanto emettono quella che è stata battezzata la radiazione di Hawking, i ricercatori hanno iniziato a scontrarsi con due caratteristiche che essi presentano: irreversibilità nelle leggi della fisica ed intrinseca impredicibilità

Scritto da Annalisa Arci il 26.03.2014

L’evaporazione dei buchi neri pone serie sfide alla fisica teorica, soprattutto perché è un problema che va risolto al confine tra Relatività Generale e fisica quantistica. Dal momento in cui nel 1975 Stephen W. Hawking scoprì che i buchi neri non sono propriamente neri, in quanto emettono quella che è stata battezzata la radiazione di Hawking, i ricercatori hanno iniziato a scontrarsi con due caratteristiche che essi presentano: irreversibilità nelle leggi della fisica ed intrinseca impredicibilità.

Massa, carica e momento angolare sono gli unici numeri quantici calcolabili per i buchi neri. Se una particella scompare risucchiata da un buco nero non c’è modo di codificarla: la dinamica è irreversibile e sfugge ai nostri calcoli. In termini più semplici, questo significa che la radiazione di Hawking consuma lentamente il buco nero che, alla fine, evapora e scompare.

Plugging the hole in Hawking's black hole theory

Il Professor Chris Adami. Credit: G.L. Kohuth.

Peccato che la perdita di tutta l’informazione inghiottita sia incompatibile con tutto quello che sappiamo sulla meccanica quantistica. Una nuova ricerca coordinata da Chris Adami, della Michigan State University, propone una soluzione al noto paradosso dell’informazione chiamando in causa il concetto di emissione stimolata, un fenomeno quantistico alla base del funzionamento dei laser. I risultati sono stati pubblicati su Classical and Quantum Gravity in un articolo scritto a quattro mani con Greg Ver Steeg, della University of Southern California.

Sappiamo che la radiazione deve conservarsi, che Hawking su questo punto aveva torto, ma il problema di capire come si conserva resta. Alcuni anni fa Joe Polchinski, dell’Università di Santa Barbara in California, ha creduto di risolvere la querelle “costruendo un muro di fuoco” sull’orizzonte degli eventi. Anche qui, peccato che la cosa si scontra con la Relatività Generale, secondo cui un osservatore in caduta libera in un campo gravitazionale non dovrebbe notare alcuna differenza rispetto ad uno che sia sospeso  nel vuoto. Il firewall che incenerisce il malcapitato sull’orizzonte degli eventi non è dunque ammissibile.

Anche le recenti “rettifiche” di Hawking non dicono nulla di nuovo: “l’assenza di orizzonti degli eventi implica che non ci siano buchi neri, nel senso di condizioni da cui la luce non può sfuggire all’infinito”. Se volessimo definire un buco nero non ci sarebbe nulla di meglio che parlare di quel confine “non-fisico” da cui nulla può sfuggire, una proprietà matematicamente ben definita dello spazio-tempo. Un costrutto matematico, niente di più. Hawking accetta la possibilità di buchi neri apparenti in cui il collasso della materia genera un orizzonte temporaneo e non un orizzonte eterno (come nei buchi neri ordinari). Hawking condivide una tesi già espressa da altri (ad esempio, da Sabine Hossenfelder e Lee Smolin nel 2009). La notizia, forse fraintesa da chi non ne sapeva nulla, non era la scoperta di una nuova teoria sui buchi neri, ma l’adesione di Hawking a una tesi già espressa (da scienziati meno famosi di lui).

Il problema della perdita delle informazioni resta. Adami, che nell’articolo non cita l’ultimo lavoro di Hawking, si muove all’interno del concetto tradizionale di buco nero e affianca all’emissione spontanea (della radiazione di Hawking) all’emissione stimolata. Adami spiega l’emissione stimolata facendo appello alla comunicazione quantistica: se spariamo un fascio di particelle verso un ricevitore che si trova, nel futuro, fuori dall’orizzonte degli eventi ci troviamo a dover affrontare il problema della coerenza – le particelle rimarrebbero infatti intrappolate al di là dell’orizzonte.

Bene, in un buco nero di Schwarzschild che cosa accade dopo l’evaporazione prevista da Hawking? Secondo Adami l’informazione quantistica si conserva perché il buco nero non sputa fuori due tipi di radiazione: l’una, che abbiamo visto essere non informativa, spontanea e termica, data dal processo di evaporazione del buco nero stesso. L’altra è stimolata, non termica e informativa, un vero e proprio canale quantistico (quantum channel) alternativo.

Secondo Paul Davies, cosmologo, astrobiologo e fisico teorico presso l’Arizona State University, “Chris Adami ha correttamente individuato la soluzione al cosiddetto paradosso delle informazioni nei buchi neri. Ironia della sorte, è stato nascosto in bella vista per anni. Le radiazioni di Hawking sono un esempio della cosiddetta emissione spontanea di radiazione, ma questa è solo una parte della storia. Ci deve essere anche la possibilità di una emissione stimolata”.

Paper di riferimento:

Chris Adami e Greg Ver Steeg, Classical information transmission capacity of quantum black holes, in “Classical and Quantum Gravity, 31, (2014), doi:10.1088/0264-9381/31/7/075015

 

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