Buchi neri e wormhole

La teoria della relatività generale di Albert Einstein ha profondamente cambiato il nostro modo di pensare sui concetti fondamentali della fisica, come lo spazio e il tempo. Ma ci ha anche lasciato alcuni misteri profondi. Uno era rappresentato dai buchi neri, che sono stati rilevati in modo inequivocabile solo negli ultimi anni. Un altro erano i “wormholes” – ponti che collegano diversi punti nello spaziotempo fornendo, in teoria, scorciatoie per i viaggiatori spaziali.

I wormhole rientrano ancora nel regno dell’immaginazione. Ma alcuni scienziati pensano che presto saremo in grado di trovarli anche noi. Nel corso degli ultimi mesi, diversi nuovi studi hanno suggerito vie intriganti per il futuro.

I buchi neri e i wormhole sono soluzioni speciali per le equazioni di Einstein, che nascono quando la struttura dello spazio-tempo è fortemente piegata dalla gravità. Ad esempio, quando la materia è estremamente densa, il tessuto dello spazio-tempo può diventare così curvo che nemmeno la luce può sfuggire. Questo è un buco nero.

Poiché la teoria permette di allungare e piegare il tessuto dello spazio-tempo, si possono immaginare tutti i tipi di configurazioni possibili. Nel 1935, Einstein e il fisico Nathan Rosen descrissero come due fogli di spazio-tempo possono essere uniti insieme, creando un ponte tra due universi. Questo è un tipo di wormhole – e da allora molti altri sono stati immaginati.

Tanta energia negativa

Alcuni wormhole sono “attraversabili“, il che significa che gli esseri umani possono viaggiare attraverso di essi. Per questo, però, dovrebbero essere sufficientemente grandi e tenuti aperti contro la forza di gravità, che cerca di chiuderli. Spingere lo spazio-tempo verso l’esterno in questo modo richiederebbe enormi quantità di “energia negativa“.

Sembra fantascienza? Sappiamo che l’energia negativa esiste, piccole quantità sono già state prodotte in laboratorio. Sappiamo anche che dietro l’espansione accelerata dell’universo c’è l’energia negativa. Quindi la natura potrebbe aver trovato il modo di creare dei wormhole.

Individuare i wormhole nel cielo

Come possiamo provare che i wormhole esistono? In un nuovo articolo, pubblicato negli Avvisi Mensili della Royal Society, gli astronomi russi suggeriscono che potrebbero esistere al centro di alcune galassie molto luminose e propongono alcune osservazioni per trovarli. Questo si basa su ciò che accadrebbe se la materia che esce da un lato del wormhole si scontrasse con la materia che ci cade dentro. I calcoli mostrano che la collisione porterebbe ad una spettacolare esposizione di raggi gamma che potremmo provare ad osservare con i telescopi.

Credit: Event Horizon Telescope / wikipedia , CC BY-SA

Questa radiazione potrebbe essere la chiave per differenziare un wormhole da un buco nero, precedentemente ritenuto indistinguibile dall’esterno. Ma i buchi neri dovrebbero produrre meno raggi gamma, mentre le radiazioni prodotte attraverso un wormhole sarebbero confinate in una sfera gigante. Anche se il tipo di wormhole considerato in questo studio è attraversabile, non sarebbe un viaggio piacevole. Dal momento che si troverebbe così vicino al centro di una galassia attiva, le alte temperature brucerebbero tutto fino a ridurlo in cenere. Ma questo non sarebbe il caso di tutti i wormhole, come quelli più lontani dal centro galattico.

L’idea che le galassie possano ospitare i wormhole al loro centro non è nuova. Prendiamo il caso del buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea. Questo è stato scoperto grazie a un attento monitoraggio delle orbite delle stelle vicino al buco nero, un risultato importante che è stato premiato con il Premio Nobel per la Fisica nel 2020. Ma un recente articolo ha suggerito che questa attrazione gravitazionale potrebbe invece essere causata da un wormhole.

A differenza di un buco nero, un wormhole può “perdere” un po’ di gravità dagli oggetti situati dall’altra parte. Questa spaventosa azione gravitazionale aggiungerebbe un piccolo calcio ai movimenti delle stelle vicino al centro galattico. Secondo questo studio, l’effetto specifico dovrebbe essere misurabile nelle osservazioni nel prossimo futuro, una volta che la sensibilità dei nostri strumenti sarà un po’ più avanzata.

Per coincidenza, un altro studio recente ha riportato la scoperta di alcuni “strani cerchi radio nel cielo. Questi cerchi sono strani perché sono enormi eppure non sono associati a nessun oggetto visibile. Per ora, sfidano qualsiasi spiegazione convenzionale, quindi i wormhole sono stati indicati come possibile causa.

Un barattolo di vermi

I wormhole hanno una forte presa sul nostro immaginario collettivo. In un certo senso, sono una deliziosa forma di evasione. A differenza dei buchi neri, che sono un po’ spaventosi perché intrappolano tutto ciò in cui ci si avventura, i wormhole possono permetterci di viaggiare in luoghi lontani più velocemente della velocità della luce. In realtà possono anche essere macchine del tempo, fornendo un modo per viaggiare all’indietro – come suggerito dal defunto Stephen Hawking nel suo ultimo libro.

I wormhole emergono anche nella fisica quantistica, che governa il mondo degli atomi e delle particelle. Secondo la meccanica quantistica, le particelle possono spuntare fuori dallo spazio vuoto, per poi scomparire un attimo dopo. Questo è stato visto in innumerevoli esperimenti. E se le particelle possono essere create, perché non i wormhole? I fisici credono che i wormhole possano essersi formati nell’universo primitivo a partire da una schiuma di particelle quantistiche che entrano ed escono dall’esistenza. Alcuni di questi “wormhole primordiali” potrebbero essere ancora in giro oggi.

I wormhole potrebbero essere sorti nell’universo primordiale. Credits: Lightboxx / Shutterstock

Recenti esperimenti sul “teletrasporto quantistico” – un trasferimento “disincarnato” di informazioni quantistiche da un luogo ad un altro – si sono rivelati funzionare in modo stranamente simile a due buchi neri collegati attraverso un wormhole. Questi esperimenti sembrano risolvere il “paradosso dell’informazione quantistica“, che suggerisce che l’informazione fisica potrebbe scomparire in modo permanente in un buco nero. Ma rivelano anche una profonda connessione tra le teorie notoriamente incompatibili della fisica quantistica e della gravità – con i wormhole che sono rilevanti per entrambi – che può essere strumentale alla costruzione di una “teoria del tutto“.

Il fatto che i wormhole abbiano un ruolo in questi affascinanti sviluppi difficilmente passerà inosservato. Potremmo non averli visti, ma potrebbero certamente essere là fuori. Potrebbero persino aiutarci a comprendere alcuni dei più profondi misteri cosmici, come il fatto che il nostro universo sia l’unico.