Cos’è un buco bianco?

Una rappresentazione artistica di un buco bianco

Un buco bianco è un ipotetico oggetto dell’universo, considerato l’opposto di un buco nero e caratterizzato da eruzioni di materia ed energia.

I buchi bianchi rappresentano possibili soluzioni alle equazioni della relatività generale. Tale legge sembra suggerire che se i buchi neri possono continuare ad esistere eternamente, allora dovrebbero esistere anche le loro controparti, i buchi bianchi. E sarebbero contestualmente l’opposto temporale di un buco nero. Ci si aspetta inoltre che tali oggetti siano in possesso di un proprio campo gravitazionale e che quindi siano in grado di attrarre la materia ma, nel contempo, che qualsiasi cosa si trovi in rotta di collisione con loro non riesca mai a raggiungerli.

Teoricamente, se un essere umano dovesse avvicinarvisi a bordo di una nave spaziale, sarebbe inondato da una colossale quantità di energia, che finirebbe inevitabilmente col distruggere sia la nave che l’equipaggio. E anche teorizzando una navetta in grado di resistere al bombardamento di raggi gamma, la stessa radiazione luminosa inizierebbe a rallentarla, analogamente a quanto accade ad un veicolo sulla Terra ad opera della resistenza dell’aria.

Inoltre, anche se la navicella fosse costruita in modo tale da non essere influenzata dall’emissione di energia, lo spazio tempo attorno ad un buco bianco sarebbe distorto in modo bizzarro… L’avvicinamento ad un buco bianco potrebbe essere paragonato all’affrontare una salita sempre più ripida. L’accelerazione richiesta per percorrere spazi di volta in volta più piccoli diverrebbe inevitabilmente via via più grande. In definitiva, non vi sarebbe sufficiente energia nell’universo per consentire alla navetta di entrare.

Ovviamente tutto questo può apparire come sufficientemente controintuitivo. Come può l’energia in un buco bianco sembrare provenire da alcunché se non lo spazio tempo stesso? Questa è la principale ragione per cui la loro esistenza sembra rimanere altamente improbabile. In ogni modo, vi sono alcune teorie secondo le quali i buchi bianchi sono in effetti oggetti possibili, anche se forse non come descritti dalla relatività generale.

Essendo presunte controparti dei buchi neri, anche i buchi bianchi sarebbero formati da una singolarità gravitazionale. Una singolarità è un punto dello spazio tempo in cui il campo gravitazionale ha intensità infinita. Valori infiniti in fisica generalmente stanno ad indicare la mancanza di un fondamento teorico adeguato, quindi non è sorprendente che la meccanica quantistica e la relatività, teorie non ancora pienamente interagenti, non riescano a spiegare i dettagli più fini delle singolarità.

Potenziali candidati

Molti fenomeni osservati nel cosmo sono stati candidati come manifestazioni di buchi bianchi. Sono scelti generalmente tra oggetti misteriosi, la cui esistenza non è spiegabile in modo soddisfacente dagli attuali modelli cosmologici.

Lampi gamma (gamma ray burst), pulsar dall’elevata rotazione e buchi neri nelle fasi terminali della propria vita, sono stati presi di volta in volta in considerazione come candidati buchi bianchi. Anche il Big Bang è stato rappresentato come un buco bianco. Fino ad ora, in ogni caso, non sono mai stati osservati buchi bianchi e la loro stessa esistenza continua a sollevare forti dubbi. Sembra quasi che questi oggetti siano utilizzati dagli scienziati come alternativa di comodo nell’attesa che vengano effettuate migliori osservazioni o venga formulata una teoria più convincente.

Il Big Bang come buco bianco è un chiaro esempio di questa tendenza. Finché rimanevamo incerti sulle dimensioni dell’universo, vi erano diverse speculazioni sul fatto che il cosmo fosse stato prodotto da un buco bianco più grande di quanto potessimo osservare. Oggi sappiamo che l’universo è quasi sicuramente infinito, il che rende tale teoria quasi certamente errata.

Limiti teorici

Un buco bianco è una particolare tipologia di singolarità: una singolarità nuda. Singolarità come i buchi neri non possono essere direttamente osservate, poiché la velocità di fuga (la velocità che occorre raggiungere per sfuggire all’attrazione gravitazionale) è maggiore della velocità della luce, quindi i fotoni eventualmente generati o riflessi non potrebbero fuggire. La singolarità è “protetta” dall’osservazione da un orizzonte degli eventi, la superficie teorica che separa lo spazio in cui luce e materia possono allontanarsi dal buco nero da quello in cui ciò non può più avvenire. Matematicamente, quando si è in presenza di una singolarità, lo spazio tempo appare strappato e la sua osservazione rappresenterebbe in effetti un problema teorico.

Una singolarità nuda non possiede un orizzonte degli eventi. In accordo con i principi fondamentali della relatività generale, l’universo non può però ammettere singolarità nude (si fa riferimento a tale nozione come all’ipotesi di censura cosmica). Alcune simulazioni numeriche e le attuali teorie di gravità quantistica, sembrano comunque suggerire la possibile esistenza di singolarità nude.

Quando si cerca di descrivere le proprietà di un buco nero con la meccanica quantistica, che non include la gravità, ha luogo uno strano fenomeno. Se si osserva un buco nero facendo scorrere il tempo a ritroso o in avanti, esso si comporterà esattamente allo stesso modo e rimarrà un buco nero. Se lo si osserva sfruttando la relatività generale, nelle medesime condizioni apparirà come un buco bianco o un buco nero. Questa non è sicuramente la più importante divergenza tra teorie quantistiche e relatività, ma rimane comunque significativa.

Il limite più importante all’esistenza dei buchi bianchi è dato dall’entropia, ovvero la misura dell’ordine di un sistema. In accordo con le leggi della termodinamica, l’entropia netta dell’universo dovrebbe sempre aumentare. L’entropia potrebbe diminuire localmente, come avviene in un congelatore, che può far diminuire l’entropia dell’acqua solidificandola in ghiaccio, ma contestualmente cede calore all’esterno, così che l’entropia totale del sistema è in realtà aumentata. L’indizio più convincente contro l’esistenza dei buchi bianchi è che essi tenderebbero a far diminuire l’entropia.

In questo universo, nulla sembra suggerire l’esistenza di fenomeni che violino le leggi della termodinamica, anche se spesso si legge di orgogliose rivendicazioni dell’invenzione di macchine a moto perpetuo o di altre stranezze. Di certo l’idea dei buchi bianchi affascina una certa quantità di persone e, forse, fornisce un senso di equilibrio. La scienza dovrebbe certamente continuare a studiarne le possibili caratteristiche. E’ stato così anche per alcune implicazioni della relatività generale, come ad esempio i buchi neri, che inizialmente erano visti più come curiosità che come oggetti reali. Non vi è attualmente alcuna prova certa che i buchi bianchi esistano, ma magari nel nostro universo, vasto e complicato, c’è spazio anche per oggetti come loro.

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