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Buchi bianchi

Buchi bianchi

1915: al termine di dieci anni di studi, Albert Einstein ha appena pubblicato le equazioni fondamentali della sua teoria della relatività generale. Un giovane tenente dell’esercito tedesco di stanza sul fronte orientale, Karl Schwarzschild, già matematico, fisico, astrofisico, legge la pubblicazione, e trova la soluzione esatta delle equazioni di campo. Scrive in una lettera ad Einstein le sue considerazioni: attorno a corpi pesanti, come la terra, o il sole, il tempo rallenta, lo spazio si incurva. Ma se la massa è estremamente concentrata “le si forma intorno un guscio, una superficie sferica dove tutto diventa bizzarro: gli orologi - che rallentano sempre in vicinanza di ogni massa - qui arrivano addirittura a fermarsi [...] Lo spazio, dal canto suo, si estende nella direzione della massa, stirandosi come in un lungo imbuto”. Einstein pensa che queste conclusioni siano semplicemente insensate. Non riesce a concepire l’esistenza di qualcosa che si comporti nel modo in cui le sue stesse equazioni sembrano predire. La vita al fronte mina la salute di Karl Schwarzchild, che muore pochi mesi dopo aver inviato quella missiva, senza immaginare di aver descritto in modo estremamente preciso un buco nero e il suo orizzonte, la superficie virtuale che segna il confine oltre cui la luce non ha possibilità di sfuggire alla attrazione gravitazionale del corpo celeste. Oggi sappiamo che nell’universo ci sono letteralmente miliardi di buchi neri. Negli ultimi anni sono state diffuse le stupefacenti immagini di due di essi, tra cui quelle di Sagittarius A* (Sgr A*), il buco nero supermassivo (ha un diametro stimato di 44 milioni di km e una massa pari a circa 4 milioni di volte quella del Sole) che si trova al centro della Via Lattea, la nostra galassia: le foto mostrano la materia incandescente che vi ruota attorno, prima di precipitare all’interno, e il disco nero, l’orizzonte. Ma cosa succede oltre quella soglia? Cosa vedremmo se avessimo la possibilità di attraversare l’orizzonte? Cosa accade alla materia che cade all’interno di un buco nero? Come si comporta lo spazio, e cosa accade al tempo? É possibile ipotizzare una via d’uscita per quel che cade dentro questi misteriosi, affascinanti oggetti, nati dal collasso delle stelle? Soprattutto: cosa accade ad un buco nero al termine della sua vita? “Marsiglia. Hal è nel mio studio, in piedi davanti alla lavagna. Sono seduto alla scrivania, nella grande sedia che si inclina, i gomiti sul tavolo, gli occhi puntati su di lui. Dalla finestra entra la luce tersa e abbagliante del Mediterraneo. Inizia così la mia avventura con i buchi bianchi [...] Sta cercando di dirmi qualcosa che non capisco. Un’idea su cosa possa capitare a un buco nero nel momento preciso in cui finisce la sua lunga vita. Ricordo le sue parole: le equazioni di Einstein non cambiano, se ribaltiamo il tempo [...] Vado alla lavagna e faccio un disegno. Mi batte forte il cuore. Ci pensa: sì, più o meno questo. Io: è un buco nero che si trasforma in bianco per effetto tunnel quantistico all’interno...”.

Carlo Rovelli, fisico, filosofo, saggista, veronese di origini, è ordinario di Fisica teorica all’università francese di Aix-Marseille. Suo campo specifico di ricerca è la Loop Quantum Gravity, la gravità quantistica a loop, che mira a rendere la teoria della relatività generale coerente con la meccanica quantistica. Come nasca un buco nero è piuttosto noto: una grande stella, nel corso della sua vita, brucia l’idrogeno da cui è costituita e lo trasforma in elio. Il calore prodotto da questa attività genera una pressione che bilancia il peso dell’astro, e gli impedisce di collassare su sé stesso. Ma quando il combustibile termina, la temperatura scende e inizia a prevalere il peso. La stella collassa sotto l’effetto della sua stessa gravità, implode, distorce lo spazio e il tempo attorno a sé, genera il buco nero in cui, letteralmente, cade. Sono le equazioni della teoria della relatività a raccontarci come possa essere l’interno di questo oscuro oggetto cosmico: “La geometria dello spazio all’interno del buco nero, giù nel cieco mondo, è veramente simile a quella dell’inferno dantesco. Pensate a un imbuto, un imbuto molto lungo [...] Anche se enorme, la lunghezza dell’imbuto non è infinita: in fondo c’è ancora la stella che cadendo su se stessa ha dato origine al buco [...] Giù nel fondo dove cadiamo, ci sono regioni in cui la distorsione dello spaziotempo diventa estremamente forte. Qui ci aspettiamo effetti quantistici, come sempre accade in condizioni estreme”. Ma esiste un punto, in quella voragine, in cui le equazioni di Einstein perdono di significato, la geometria dello spazio raggiunge “una distorsione infinita”. Quel punto è la “zona quantistica”: usando le equazioni della gravità quantistica a loop è possibile ipotizzare che si possa “saltare” da una configurazione dello spazio a un’altra, andare oltre la singolarità, al di là della regione dove, secondo la teoria di Einstein, per un istante spazio e tempo cessano di esistere. Il salto quantico prevede la rottura della continuità spaziotemporale. Quello che accade “durante il salto non esiste, non ha forma, dimensione, proprietà. Possiamo farcene una idea approssimativa [...] Ma la realtà è che in quella transizione spazio e tempo si dissolvono in una nuvola di probabilità, al di là della quale riprendono la loro struttura”. Oltre quella regione, le equazioni della teoria della relatività tornano a funzionare. E descrivono una realtà che funziona in modo speculare rispetto ad un buco nero: il buco bianco, da cui la materia può solo uscire, oggetto cosmico la cui esistenza potrebbe essere correlata - ipotizza l’autore - a quella della materia oscura. Buchi bianchi è il racconto appassionato di un viaggio, che a tratti diviene riflessione, e assume la forma narrativa del flusso di pensieri - riconoscibile, per il lettore, dalla eliminazione delle maiuscole - su un argomento affascinante, di frontiera. Andare oltre l’orizzonte, il margine di un buco nero, lì dove il tempo rallenta fin quasi a fermarsi. Comprendere cosa ci sia oltre la soglia da cui neppure la luce riesce più a riemergere. Vedere, con gli strumenti speculativi delle teorie scientifiche, quello che lo sguardo umano, forse, non potrà mai scorgere. Da Dante - molto più che semplice ispirazione per l’autore e per il testo - a Stephen Hawking, da Galileo a Rilke, Rovelli racconta, intrecciando scienza, filosofia, letteratura; e se è la mente del fisico teorico a compiere lo sforzo di astrazione necessario per rendere accessibili anche ai meno avvezzi i risultati di ipotesi, sperimentazioni e complessi calcoli, è la penna del sognatore, del poeta, ad evocare quella vertigine che ci accompagna quando lasciamo che l’immaginazione si avventuri in questo stupefacente viaggio tra i segreti custoditi nei recessi più profondi dell’universo.