I buchi neri non stanno fermi.
Si agitano. Mangiano la materia. Si scontrano e alla fine evaporano nel nulla. Per mezzo secolo i fisici li trattarono come se fossero rocce statiche e immutabili alla fine dell’universo. È sbagliato.
Un nuovo studio della Penn State ha aperto la strada alla termodinamica dei buchi neri lontani dall’equilibrio abbandonando le vecchie regole per qualcosa che si adatta effettivamente alla realtà.
Le vecchie regole funzionavano solo con i buchi neri congelati
Ecco il problema dei buchi neri. Sono estremi. Gravità schiacciante. Fuga zero.
Negli anni ’70 Stephen Hawking ci mostrò qualcosa di strano. I buchi neri obbediscono alle leggi della termodinamica. Le stesse regole che determinano come si scioglie il ghiaccio o come si raffredda il caffè sembrano governare anche questi pozzi cosmici.
Ma c’era un problema.
“Le leggi di Hawking… presentano una seria limitazione”, afferma Abhay Ashtekar. Guida la squadra della Penn State. “Sono stati formulati per un buco nero in equilibrio. Immutabile nel tempo.”
I veri buchi neri non restano mai così.
Si formano. Si fondono. Svaniscono.
La vecchia matematica funzionava perfettamente per un ipotetico buco nero che sta seduto da solo e non fa nulla. Ma l’universo non li distribuisce.
Perché gli orizzonti degli eventi mentono sull’entropia
L’entropia misura il disordine. La Seconda Legge della Termodinamica dice che non diminuisce mai. Nei buchi neri Hawking afferma che l’entropia è legata all’area superficiale dell’orizzonte degli eventi. Quel confine è dove la gravità diventa troppo forte perché la luce possa fuoriuscire.
Sembra semplice. Non lo è.
Il problema? L’orizzonte degli eventi è teleologico.
Ciò significa che la sua forma dipende dal futuro. Non il presente. Per sapere dove si trova un orizzonte degli eventi in questo momento dovresti conoscere ogni cosa che cadrà o esploderà in seguito. Ciò non ha senso per monitorare la fisica in tempo reale.
“Le proprietà non possono essere determinate solo dalla fisica locale”, spiega il coautore Jonathan Shu. “Si basano invece sulla previsione degli eventi”.
Quindi non puoi usarlo per misurare l’entropia fisica dei buchi neri dinamici. La metrica crolla nel momento in cui le cose iniziano a muoversi.
Gli orizzonti dinamici risolvono il problema dei tempi
La soluzione prevede la sostituzione dell’orizzonte degli eventi con qualcos’altro. Inserisci: orizzonti dinamici.
Questi non sono fantasmi teorici. Sono definiti da proprietà fisiche in un singolo momento nel tempo. Non c’è bisogno di prevedere il futuro.
Il nuovo approccio collega l’entropia direttamente a due cose.
1. L’energia del buco nero.
2. La sua rotazione.
È più pulito. Più realistico.
“Possiamo applicare queste generalizzazioni… per comprendere meglio l’evaporazione… e le fusioni dei buchi neri.” – Ashtekar
Questo è importante perché vediamo continuamente queste fusioni. I rilevatori di onde gravitazionali come LIGO rilevano le increspature. Ma senza una termodinamica accurata non possiamo analizzare completamente i dati. Stiamo ascoltando una conversazione per la quale non abbiamo ancora le parole.
Questo cambia il modo in cui vediamo la gravità?
Probabilmente.
Daniel Paraizo, uno degli autori, sottolinea il cambiamento. I modelli precedenti consideravano i buchi neri come aventi temperatura zero ed entropia infinita. Assorbivano energia e non restituivano nulla. Aspirapolveri puri.
Poi la radiazione di Hawking ha cambiato la situazione. I buchi neri perdono energia. Hanno la temperatura. Ma le vecchie leggi sull’equilibrio non riuscivano a tenere traccia di quella perdita senza problemi.
Ora con gli orizzonti dinamici puoi tracciare la vita di un buco nero. Dalla formazione alla fusione fino all’evaporazione. Un filo continuo di fisica invece di una serie di istantanee sconnesse.
Non è magia. È solo la matematica che finalmente ammette che il cambiamento è normale.
Spiegherà la gravità quantistica? Forse. Per ora ci permette semplicemente di smettere di fingere che i buchi neri siano congelati nell’ambra. Sono vivi nel senso che la fisica si preoccupa della vita: del cambiamento dei sistemi.
Ciò che accadrà dopo dipenderà da quanto bene reggeranno le simulazioni.
