Buchi Neri e l'eredità di Hawking

Voi sapete che cosa sono i buchi neri? L'idea che tutti abbiamo è che sono dei mostri che ingurgitano tutto il materiale che gli passa lì vicino e che non fanno che crescere, mangiando e mangiando. Invece la realtà è diversa e il genio che ha scoperto quello che in realtà deve succedere è Stephen Hawking. Vi mostrerò qual è stata l'idea portante che Hawking ha avuto per dimostrare che i buchi neri in realtà sono capaci di evolvere, di perdere massa e quindi di produrre energia sotto forma di radiazione, una cosa spaventosamente nuova che ha colpito tutti. Quello che Hawking ha tentato è una prima unificazione tra le due colonne della fisica del 1900 che sono la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale. I buchi neri non sono per sempre, i buchi neri devono evaporare. producendo radiazione la loro massa diminuisce fino a scomparire nel nulla. C'è stato un film che ha raccontato la vita di Stephen Hawking, sue esperienze anche familiari e scientifiche. Il titolo di questo film è La teoria del tutto. E'un film, è un titolo che sicuramente è accattivante, però non corrisponde a quello che in fisica di solito si identifica con la teoria del tutto. La teoria del tutto ha un'altra accezione, un altro significato. Significa una teoria che accorpa la gravità con le altre forze, che sono la forza forte, la forza elettromagnetica. la forza debole e così via. E qui Hawking non ha dato contributi, ne ha dati tanti, altri, ma non per questo. Quindi è un mito da sfatare. Se volete però, questo titolo ricorda il fatto che quello che Hawking ha tentato è una prima unificazione, raccordo tra le due... colonne della fisica del 1900 che sono la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale. Questo sì, viene fatto da Hawking, anche se dovete sapere che quello che ha fatto Hawking non è che l'inizio, è una piccolissima porzione di quello che sarà la teoria finale. Devo dirvi la verità, la conferenza di oggi non è molto facile. Non è molto facile perché parla della... prima introduzione della storia della quantistica abbinata alla gravità, della quantum gravity. Sapete tutti che i due capisaldi, le due colonne della fisica del 1900, sono state la relatività di Einstein e la meccanica quantistica. Ma anche Einstein e i tanti che hanno contribuito alla meccanica quantistica sapevano che... Non era finita la loro storia. Perché? Perché le due maggiori teorie non si parlavano. In che senso non si parlavano? Non potevano descrivere quello che succede quando abbiamo un fenomeno nell'infinitamente piccolo e che però contiene tantissima gravità. Nel microscopico funziona la meccanica quantistica, mentre nella grande gravità funziona la relatività generale. E quali sono i due esempi che vengono subito in mente? Il centro di un buco nero e l'inizio dell'universo, il Big Bang. Questi due sono due fenomeni che avrebbero bisogno della quantum gravity per essere descritti. Il primo che ha tentato un approccio, anche se come spesso dico, in questo approccio, pensate di avere un libro che descrive la gravità quantistica, un libro che facciamo di 300-400 pagine che descrive compiutamente quello che succede. Ecco, l'idea e la scoperta di Hawking sarebbe la prima pagina dell'introduzione, ecco, quindi siamo ancora molto indietro. Nonostante ciò è stato un inizio brillantissimo che addirittura ha dimostrato che i buchi neri non sono per sempre. I buchi neri devono evaporare, cioè producendo radiazione. la loro massa diminuisce fino a scomparire nel nulla. Ora facciamo un po'di biografia dell'eroe di questa puntata che è Stephen Hawking. Stephen Hawking è nato l'8 gennaio 1942 ed è purtroppo morto sei anni fa, circa il 14 marzo del 2018. E c'è una curiosità. a questo proposito perché se prendiamo altri due giganti della fisica e della gravità come Galileo Galilei e Albert Einstein abbiamo che Galileo è morto l'8 gennaio del 1642 cioè esattamente 300 anni prima della nascita di Hawking mentre Einstein è nato il 14 marzo del 1879, proprio lo stesso giorno in cui Hawking è morto. È una coincidenza fortuita, non bisogna fantasticarci troppo, però idealmente, se volete, c'è una specie di passaggio di testimone attraverso queste date. Nasce da una famiglia in cui padre e madre non erano ricchi, ma erano abbastanza benestanti. tutti e due laureati ad Oxford, il padre era medico, era dedito alla ricerca delle malattie tropicali, quindi era spesso in giro e avevano quattro figli, avevano Hawking, altre due sorelle e un altro bambino adottato. E devo dire che, a quanto si sa... Occhi andava molto d'accordo con la sua famiglia e con i suoi fratelli. Frequenta delle scuole eccellenti, lui di se stesso dice che non si sentiva eccezionale o bravo. Anche però i suoi compagni delle scuole primarie già lo chiamavano Einstein, quindi qualche cosa di buono l'aveva già fatto vedere anche da piccolo. Durante le scuole superiori... Si avvicina alla fisica e all'astronomia perché sono due materie che gli davano speranza di comprendere le cose veramente importanti, cioè da dove veniamo, chi siamo, perché siamo qui e così via. Finisce le scuole superiori, c'è da decidere l'università, diciamo che ottiene l'ingresso all'Oxford all'età di 17 anni, anche se quest'età sembra... molto giovanile per uno che inizia l'università, ma in Inghilterra abbiamo che si guadagna un anno alle elementari, non avevano il servizio militare come noi adesso e le superiori duravano un anno meno, quindi non era niente di eccezionale. Però finisce l'università dopo tre anni, nel 1962, e c'è il problema di tentare di fare il dottorato. Hawking avrebbe voluto fare il dottorato con Fred Hoyle, che era il personaggio più noto dell'epoca, grandissimo cosmologo, molto eccentrico, un bastione contrario di prima classe, non ha mai avuto il Nobel probabilmente per questo motivo, anche se l'avrebbe meritato, però Fred Hoyle è pieno di studenti e quindi non può accettarne un altro. E quindi... si trova a dover ripiegare per modo di dire con Dennis Schama, che accetta di fargli da relatore. Però proprio in quell'anno, nel 62-63, quando lui ha 21 anni, 22, gli viene diagnosticata una terribile malattia, che è la SLA. E come dice lui stesso, come dirà lui stesso... Quando uno ha poco da vivere, dopo un primo periodo di disperazione, vuole vivere ogni singolo secondo del tempo che gli rimane. Per cui questo è successo anche a lui, dopo poco si sposa, infatti, e dopo un periodo di depressione comincia invece a essere molto attivo. C'è una cosa particolare. Allora gli studenti di quegli anni si facevano vanto di non studiare niente, cioè di riuscire comunque a fare le cose senza studiare. Anche Hawking... è di quel parere lì, quindi studia mica tanto, era il contrario di un secchione. Però durante il dottorato si accorge che studiare gli piace, siccome è un piacere comincia a studiare e anche a interessarsi di cose sempre più complicate, astruse, ma importanti. Nel 1965 si sposa, si sposa Jane, che chi ha visto... La teoria del tutto ha potuto vedere il primo periodo di innamoramento e poi le nozze e così via. E Jane avrà tre figli da lui, però divorzieranno nel 1990. La storia del loro matrimonio e del loro divorzio è abbastanza particolare perché Come viene descritto anche nel film che vi ho citato, Natalia del Tutto, ad un certo punto Jane non ce la fa più ad accudire il marito, cerca aiuto e quindi trovano una infermiera molto particolare, molto, molto, in inglese c'è un nome che la definisce che è outgoing, quindi estroversa, che lo tratti in maniera per niente da malato, diciamo. e lui si innamora e quindi poi la sposa. Io qui vi faccio vedere due fotografie che hanno, le ho messe a posta perché hanno un risvolto personale. Io ho fatto il, non il dottorato, ma il postdoc, si dice che in termini più brutali è un lavoro da precario di due anni, proprio a Cambridge in quegli anni, 1988-1989. E mi è capitato nel 1988... passeggiando per le vie di Cambridge da una libreria ad un'altra, ho visto proprio Hawking da solo sulla sua carrozzina che mangiava un gelato. Quindi erano i tempi in cui lui poteva ancora parlare anche se con difficoltà e poteva usare le mani perché stava mangiando un cono gelato. La seconda foto ritrae Hawking con la sua seconda moglie che era l'infermiera e nel 95 i due si sposano. E quello che succede è che nel 2002 gli inglesi hanno una particolarità. Quando compiono 60 anni, gli scienziati inglesi, i ricercatori e così via, hanno un party, una festa, a cui si accompagna una conferenza un po'celebrativa. E c'era Martin Rees, che è coetaneo di Stephen Hawking, del 1942 anche lui, che era il direttore. dell'istituto di Cambridge dove io ho fatto il postdoc, che ha dato un party a casa sua e aveva invitato anche Hawking. E quindi io mi ricordo Hawking seduto sempre sulla carrozzina e sulle sue ginocchia c'era questa seconda moglie che parlava simpatica, assolutamente, come ho detto, estroversa, senza nessun timore reverenziale verso suo marito. Io me la ricordo proprio come viene descritta nel film, che penso che quindi sia molto fedele. Questo tratto del suo carattere viene messo bene. Ritornando alla fisica, a quello che lui ha scoperto, dovete sapere che in quegli anni, stiamo parlando degli anni 60, c'erano tre grosse scuole di relatività, una americana, una appunto a Cambridge. e una russa a Mosca. I tre capifila di queste tre scuole, i tre cavalieri se volete, erano John Archibald Wheeler in America, erano Danny Shama che era stato ed era il supervisore di Hawking e Yakov Zeldovich che era un grandissimo scienziato russo. di cui ovviamente nella parte occidentale si sapeva, soprattutto in quegli anni, molto poco, perché i viaggi, per esempio, dei scienziati russi erano stati interrotti da Stalin e quindi gli era proibito viaggiare. E tutti e tre questi grandissimi personaggi hanno avuto degli studenti, tra l'altro tanti sono stati premi Nobel. come Archibald Wheeler che ha avuto Feynman e Kip Thorne come premi Nobel, Shama che ha avuto Hawking, Martin Rees e così via, e persone eccezionali. assolutamente al di sopra della media di molte spanne. Un'altra cosa carina che vi posso raccontare è che John Archibald Wheeler non solo è famoso per i suoi studenti e per la sua ricerca originale propria, ma anche per degli afforismi lancinanti. È stata la persona che ha battezzato I buchi neri, il black hole, è stata la persona che ha battezzato gli wormhole, che prima erano i ponti spaziotemporali di Einstein e Rosen, è stata sua la frase, la massa dice allo spazio come curvarsi e la curvatura dice alla materia come muoversi. E in questa frase c'è riassunto il succo completo. della Relatività Generale. Quando era ormai anziano, era sopra i 90 anni, continuava a lavorare, andava in ufficio, eccetera, quindi è stato intervistato proprio alla mensa dell'Istituto da un giornalista che gli ha chiesto, secondo lei, che cos'è la cosa più importante che bisognerebbe studiare in questo periodo. E lui ci pensa un po'e dice, secondo me è l'informazione. E a questo proposito, anche lì, conia. il detto it from bit, la realtà dall'informazione, it from bit. Chissà quando le pensava, probabilmente quando faceva il bagno, quando faceva la doccia, cioè questo è classico, no? Shama era un cosmologo incredibile e ha avuto parecchie idee grandiose, però è stato sfortunato, cioè la natura non ha scelto il suo modo. per esempio di fare la materia oscura con i neutrini, che era una sua idea. Ha scelto un'altra cosa. Quindi ha avuto idee grandiose, ma appunto non è stato mai sfortunato. C'è un aneddoto, anche Shama ha avuto il piacere di conoscerlo personalmente perché era il capo, il direttore della Sissa, che è una scuola per dottorandi che io ho frequentato a Trieste e io ero... assolutamente sbalordito dalla capacità logica di Shama che lui faceva vedere non faceva neanche un corso infatti era uno spreco saluto secondo me perché era un didatta meraviglioso però durante coffee break eccetera parlava io mi sentivo come proprio stretto all'angolo dalla capacità logica sua mi faceva un po'paura proprio nel senso di timore reverenziale E l'altro aneddoto che vi posso raccontare, lui è stato allievo di Paul Dirac. Paul Dirac ha avuto la sua idea maggiore a 24 anni e a 26, come se niente fosse, ha predetto l'antimateria che non era ancora stata scoperta. Lo sarà due anni dopo. Paul Dirac è un altro nell'Empireo. dell'alto dei cieli insomma e tutti gli scienziati di allora soprattutto la meccanica quantistica avevano avuto le loro idee maggiori a tra i 24 e 26 anni einstein ha fatto la relatività e l'effetto fotoelettrico a 26 anni tutto nel 1905 la relatività generale ci ha messo un po perché non sapeva benissimo la matematica ma l'ha fatta nel 1915, quindi insomma non tanto tempo dopo. Quindi c'era questa nomea che ormai le idee pregnanti eccezionali uno le aveva da giovane e a 30 anni ormai era finito. E quindi Danny Schama, era ancora in Inghilterra, da un party, da una festa, dirà addio alla ricerca attiva. Dovete sapere che io quando ho fatto il dottorato avevo 31 anni all'inizio, quindi era abbastanza deprimente a conoscere queste cose. Però tutti noi ci consolavamo con Erwin Schrödinger. Schrödinger, famoso per la sua equazione e per il suo gatto, ha avuto l'intuizione e la bravura di scrivere l'equazione di Schrödinger a ben 39 anni. Quindi per noi era l'unica speranza. Vabbè, Zeldovich invece era un grandissimo scienziato russo, ha fatto tutto. Zeldovich ha fatto la bomba atomica, ha fatto studi su qualsiasi cosa della fisica. E gli aneddoti, sapete, dei russi è un po'difficile averli perché appunto stavano sempre da un'altra parte, non venivano mai in Occidente. Comunque sono riuscito a sapere che era tipico per lui passare, passeggiare in corridoio degli uffici, chiedere a tutti gli studenti di Dott. dottorato eccetera, di che cosa si stavano occupando e ad ognuno dava un'idea che poteva essere l'idea della vita, senza volere niente in cambio, per suo puro divertimento. Persona eccezionale. Vabbè, l'argomento di cui Hawking si occuperà in quegli anni sono proprio i buchi neri. Questa è la prima foto. del buco nero, è un buco nero abbastanza eccezionale perché è grandissimo, ha una massa di 6 miliardi e mezzo di masse solari, l'equivalente di 6 miliardi e mezzo di soli, contenuto in una regione molto molto piccola, però piccola relativamente. Nel raggio di non ritorno di questo buco nero, che dopo spiegherò che cosa significa, ci starebbe tutto il nostro sistema solare e ci sarebbe ancora spazio, quindi è una roba grandiosa. Comunque i buchi neri classici, normali, come nascono? Nascono verso la fine della prima vita di una stella molto grande. Bisogna che questa stella abbia circa... più di 25 masse solari al suo inizio quando nasce e sapete la stella funziona perché brucia bruciare tra virgolette l'idrogeno per trasformarlo in elio se la massa è sufficiente l'elio può essere trasformato in carbonio il carbonio in neon ossigeno e così via fino ad arrivare al ferro quando si arriva al ferro però per la stella una catastrofe assoluta La stella ha bisogno di produrre energia perché questa produca pressione, quindi abbastanza temperatura, per sostenere l'enorme gravità del nucleo della stella stessa e gli strati esterni. Quindi quando si forma il ferro, il ferro non brucia più. beccare un protone o un nucleo di elio per diventare un elemento più pesante ma se lo fa non produce energia la chiede la richiede quindi anche se lo facesse il nucleo diventa più freddo e diventare più freddo vuol dire non avere più la pressione a temperatura la pressione necessari per sostenere il nucleo stesso contro la gravità che sta spingendo Quindi che cosa succede? Succede che il nucleo, che non può più essere sostenuto dalla sua pressione interna, implode. Implode in una frazione di secondo, la cosa è velocissima, e in una frazione di secondo diventa sempre più piccolo, sempre più piccolo. Non c'è nessuna forza che può contrastare la gravità e la gravità vince. Vince vuol dire che il nucleo diventa una sfera con un raggio che impedisce alla gravità, è una gravità così grande data dal raggio così piccolo, che impedisce perfino alla luce di uscire. Se la luce non può uscire ovviamente il corpo risultante è nero. E quindi abbiamo la creazione di un nucleo. di un buco nero. Questo è il sistema classico di fare i buchi neri e se il sole diventasse un buco nero non lo può fare, il sole ha una massa solare, non ha 25, ma se riuscissimo a compattarlo così tanto, se riusciamo a compattarlo dentro una sfera che ha un raggio minore di 3 km, ecco che il Sole diventerebbe un buco nero, la luce non potrebbe uscire. Quindi il raggio di non ritorno, possiamo chiamare, per il Sole sarebbe 3 km. In 3 km, pensate però, c'è tutta la massa del Sole. Cioè è un buco nero che potrebbe stare nel centro di Milano, ma comodamente, con una gravità gigantesca. Questa è una fotografia che viene dal film Interstellar, questo è il raggio di non ritorno di cui vi ho parlato, si può calcolare semplicemente, non occorre la relatività generale per arrivare alla stessa espressione, basta Newton. Noi vediamo che se... concentrate la massa in un volume molto piccolo che ha un raggio molto piccolo la gravità è così grande che neanche la luce può uscire cioè quello che significa è che ogni corpo anche la terra ha una sua velocità si dice velocità di fuga per cui un sasso scagliato in alto può non ritornare più sulla terra con la gravità della terra questa velocità è 11,2 km al secondo Ovviamente se la Terra avesse la stessa massa ma fosse più piccola, allora la distanza dal nostro centro, il centro della Terra sarebbe di meno, la gravità sarebbe più forte e quindi bisogna imprimere una velocità più grande perché non torni più indietro. E se riusciamo a fare della Terra una biglia di un centimetro di raggio, ecco che la Terra diventerebbe un buco nero. La velocità che bisognerebbe dare al sassolino perché lui potesse sfuggire è 301.000 km al secondo, maggiore della velocità della luce. Quindi neanche la luce può uscire. Uno si può chiedere a che cosa corrisponde questa enorme compressione del nucleo di una stella. E qui la vera risposta non è... per ora conosciuta, però sappiamo un pochino quello che succede un attimo prima di avere il patatracca finale. Perché? Perché esistono le stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono quelle che hanno un pochino meno di 25 masse solari all'inizio e hanno più di 8 masse solari all'inizio. Quindi nell'intervallo tra 8 e 25 masse solari la storia è molto simile a quella che darà origine a un buco nero. solo che la gravità è un pochino meno e si riesce a trovare un equilibrio. Come viene trovato questo equilibrio? Abbiamo che il nucleo della stella è fatto da atomi, ovviamente, e quando questa enorme massa viene compressa, succede che, per prima cosa, gli elettroni trovano più conveniente tuffarsi nei protoni farne quindi dei neutroni neutri. Quindi avete un enorme concentrato di neutroni. La gravità fa il suo mestiere, questa massa viene compressa, compressa, fino a che i neutroni quasi si toccano l'uno con l'altro. A questo punto interviene un altro... effetto speciale, escamotage, della meccanica quantistica. Dovete sapere che ai neutroni, anche agli elettroni, ma soprattutto ai neutroni, non piace la vicinanza tra di loro e quindi escogitano una forza, una forza proprio che impedisce un'ulteriore compressione. Quando i neutroni... quasi si toccano uno con l'altro, interviene una forza che deriva da un effetto prettamente quantistico. Ha anche un nome roboante, si chiama principio di esclusione di Pauli, che impedisce a due particelle, due neutroni o anche due elettroni, di occupare lo stesso posto. Questo fa sì che nasce una repulsione data proprio dalla idiosincrasia. dall'antipatia di questi neutroni tra di loro, che riesce a controbilanciare l'enorme forza di gravità. Questo succede però se la gravità è forte sì, ma fino a un valore critico. Se la gravità vince, quindi è superiore a questo valore critico, neanche questa forza di repulsione può far niente e quindi si ha la compressione ulteriore di tutti questi che erano i componenti dell'atomo. E si ha quindi un raggio che diventa più piccolo del raggio di non ritorno. Che cosa succede dopo? Che fine fa questa materia e che faccia avrà questa materia? Nessuno lo sa. Nessuno lo sa per quello che dicevo all'inizio. Occorrerebbe la gravità quantistica. Compressione fa sì che i volumi siano microscopici. La grande massa fa sì che la gravità sia mastodontica. E gravità grande, volume piccolo, relatività generale. e meccanica quantistica. Non c'è la teoria che le descrive tutte e due insieme. Quindi noi non lo sappiamo. Sappiamo quello che succede un pochino prima, alle stelle di neutroni. Va bene. Quindi abbiamo un raggio di non ritorno, vedete che è proporzionale alla massa, e l'altra prova provata della esistenza dei buchi neri sono le onde gravitazionali, che sono state, hanno avuto una lunga storia, predette... addirittura da Einstein stesso, ma poi disconosciute da Einstein, che scrive un lavoro dicendo che le onde gravitazionali non possono esistere. Fortunatamente questo lavoro non è stato accettato dal giornale, perché l'arbitro che doveva decidere si era accorto di un errore di Einstein e quindi non è uscito, per fortuna di Einstein, perché avrebbe dimostrato che Einstein poteva sbagliare. Però ci è voluta del bello e del buono per riuscire a detettarle, rivelarle queste onde gravitazionali. Però ci siamo riusciti. Ci siamo riusciti il 14 settembre 2015, che è una data particolare, perché era cent'anni dalla formulazione della Relatività Generale, che Einstein ha fatto nel novembre del 1915. Quindi, insomma, è un centenario, no? Proprio, quindi, nel centenario della relatività generale, le antenne gravitazionali hanno rivelato queste onde. Ora, che cosa sono queste onde? Prendiamo due buchi neri, o prendiamo due corpi normali, no? E supponete che questi due corpi siano lontani, ma siano nel piano del cielo. Avete una a sinistra e una a destra. e pensate di dover calcolare la gravità prodotta da questi due corpi. Sarà un certo numero. Adesso pensate, due corpi alla stessa distanza, ma metteteli uno dietro l'altro e vi chiedete, ma in questo caso la gravità sarà di più o sarà di meno? Ve lo dico io, è di più, perché si somma in maniera perfetta. Qui invece si somma sì, ma in maniera... Non per fette pensate due frecce, no? Che sono allineate in un caso e abbastanza oblique nell'altro. Quindi se abbiamo due corpi che orbitano uno intorno all'altro, abbiamo una gravità che anche da noi deve cambiare. Da noi vuol dire lontani. Deve cambiare. E chi dice alla gravità di cambiare? Come facciamo noi a saperlo? Lo possiamo sapere perché le onde gravitazionali... informano tutto lo spazio intorno alla velocità della luce che il valore della gravità deve cambiare quindi le onde sono il modo in cui la natura dice a tutto lo spazio intorno qual è il valore giusto della gravità che i due corpi fanno e come si propaga questa onda beh si propaga distorcendo anche se di poco lo spazio-tempo intorno ai due corpi che orbitano uno con l'altro. Che cosa vuol dire distorcere lo spazio-tempo? Semplicemente cambiare la distanza tra due turaccioli. Turaccioli perché penso a due turaccioli sulle onde del mare che vanno su e giù senza andare in avanti, eccetera. Ecco, le onde gravitazionali dovete immaginarle come qualche cosa che non sposta i turaccioli. contrae e allunga lo spazio tra i due turaccioli senza che loro facciano niente però la distanza cambia quindi se noi abbiamo uno strumento che è capace di misurare in maniera perfetta la distanza tra questi due turaccioli ecco questo può far sì che possiamo rivelare il passaggio di un'onda gravitazionale questo è stato fatto e Questo, se volete, è la distanza dei turaccioli graficata in maniera, sembrano proprio delle onde, perché la distanza... cresce, diminuisce, cresce, diminuisce, cresce, diminuisce, a seconda di come è fatta l'onda. Adesso pensate a due bocchi neri che stanno orbitando uno vicino all'altro e nel farlo perdono energia proprio perché producono onde gravitazionali. Ma se perdono energia i due bocchi neri si avvicinano e se si avvicinano loro girano più forte e producono ancora più onde gravitazionali. Quindi noi prediciamo come si vede in questo grafico, che le onde, quindi queste oscillazioni, saranno sempre più veloci, quindi la frequenza aumenta e l'ampiezza, che è quanto sono potenti, cresce. Questo ha uno strano e curioso modo di espressione, perché è proprio quello che succede con il canto degli uccellini. canto che si chiama CIRP che aumenta la frequenza e aumenta anche l'intensità proprio come fanno le onde gravitazionali e quindi proprio scientificamente sono chiamate CIRP queste onde e dalle misure che adesso possiamo fare possiamo stabilire quanto sono grandi i due buchi neri che si sono avvicinati e si sono fusi in un unico buco nero e possiamo anche misurare la loro massa, quindi la loro grandezza del raggio di non ritorno, sia singolarmente che quando si sono fusi in un buco nero solo. Ora, è la convinzione, ed è convinzione tuttora, che i buchi neri sono allo stesso tempo una delle cose più difficili da studiare per via che avrebbero bisogno della gravità quantistica e così via, ma dall'altro lato invece... Sono la cosa più semplice perché tutti i buchi neri hanno soltanto tre proprietà. Hanno la massa, la possibilità di ruotare, quindi la rotazione, e la carica. Ora, nell'universo avere buchi neri carichi è possibile in linea teorica, ma è impossibile in linea pratica, perché se un buco nero ad un certo punto diventa carico, attirerebbe di più le cariche contrarie. e in breve tempo annullerebbe la sua carica. Quindi possiamo in definitiva dire che le caratteristiche dei buchi neri sono due, sono la massa e la rotazione. Questo lo stesso John Archibald Wheeler lo ha sintetizzato in maniera scherzosa dicendo che i buchi neri non hanno capelli perché non hanno nessuna proprietà. Black holes have no hair. Però... John Wheeler, lo stesso John Wheeler, ad un certo punto ha uno studente, uno studente israeliano, che è Jacob Bekenstein. E Bekenstein non ci sta. Nel senso, non ci sta in che senso? Non ci sta a dire che i buchi neri non hanno capelli, non hanno nessuna proprietà e così via. Perché cosa sottintende questa cosa? Sottintende che noi buttiamo dentro lavatrici, spazzolini da denti, dentifrici o qualsiasi altra cosa, o transatlantici e portaerei di uguale massa, vanno dentro il buco nero e morta lì. Noi non possiamo più sapere se abbiamo buttato dentro portaerei o lavatrici. E questo viene esemplificato dicendo che Supponiamo di avere una grande isola ecologica piena di spazzature. Spazzatura vuol dire che è già stata riprocessata, no, non giochiate e così via. Ecco, prendiamo tutta questa spazzatura, la buttiamo dentro un buco nero e ci siamo liberati di tutta la spazzatura. Ma spazzatura vuol dire anche disordine, vuol dire entropia. Quindi i buchi neri sarebbero una isola ecologica perfetta perché spazzerebbero via e diminuirebbero l'entropia dell'universo. E Bekenstein inorridisce a questa prospettiva perché la fisica ha sempre pensato come principio caposaldo, un principio sacro, che l'entropia deve aumentare sempre. Questo va sotto il nome un pochino più formale di secondo principio della termodinamica, ma in definitiva è che l'entropia dell'universo non può diminuire. Se ha quindi ragione questa idea che si può buttare la spazzatura nel buco nero e non vederla più, vuol dire che l'entropia potrebbe diminuire. E lui è convinto che questo non può essere. Allora, vediamo un po', adesso io ho detto entropia in una maniera un po'facile. ho detto che corrisponde al disordine, vediamo un po'meglio a che cosa può corrispondere. Prendiamo un boccettino di profumo, chiuso con il tappo, lo mettiamo in un angolo della stanza e lo stappiamo. Che cosa succede alle molecole del profumo? Si vedono che loro vanno via, si mescolano con tutte le molecole che abbiamo dentro la stanza. Ora, all'inizio tutte le molecole di profumo erano in un posto nel boccettino, alla fine sono tutte sparpagliate e non succede mai che le molecole sparpagliate fanno il percorso inverso e vanno a tuffarsi nel flaconcino di profumo. Questo è un esempio di aumento dell'entropia. All'inizio tutte le molecole di profumo erano ordinate e stavano dentro il flaconcino, alla fine sono tutte sparpagliate, quindi sono tutte disordinate. E l'entropia in questo processo è aumentata, perché è aumentato il disordine. Un altro esempio è avere un mattone caldo e un mattone freddo. Se noi li mettiamo vicini, che cosa succede? Succede che il mattone freddo diventa un pochino più caldo e il mattone caldo diventa un pochino più freddo. Cioè il calore va dal corpo più caldo al corpo più caldo. più freddo. Questo si spiega semplicemente perché prima avevamo un mattoncino caldo dove tutte le molecole proprie del mattoncino erano dentro il mattoncino caldo. Se queste molecole vanno a contatto con un corpo che può essere l'aria ma facciamo il mattoncino più freddo, un po'del loro calore, cioè del loro moto, si sparpaglia e va a intaccare le molecole accelerandole del mattoncino più freddo. Quindi prima c'era ordine, caldo e freddo, poi c'è più mescolanza, miscuglio, quindi più disordine e anche in questo caso l'entropia è aumentata. L'entropia aumenta sempre. Un altro esempio ancora. Abbiamo un barattolo dove ci sono delle palline, tutte rosse da una parte e tutte blu da un'altra. Adesso noi le rovesciamo per terra, cosa succede? le palline si mescolano e non succede mai che voi prendete un barattolo con le palloncine già mescolate, lo tirate per terra e zacchete, avete la divisione perfetta tra rosso e blu. In questo caso il disordine è aumentato e quindi l'entropia è aumentata. Ed è una legge, questo secondo principio, che tutti ritengono sacra. Entropia aumenta sempre. E che cosa c'è, pensa Bekenstein, nella fisica dei buchi neri che aumenta sempre? C'è una cosa che aumenta sempre, pensa Bekenstein. Se io prendo due buchi neri e li faccio fondere insieme, ho che l'area, la somma delle aree dei due buchi neri, Quando ottengo un buco nero, ottengo un buco nero che ha un'area complessiva che è maggiore della somma delle due aree. Quindi l'area dei buchi neri aumenta sempre. E questo lo fa pensare Bekenstein e dice guarda, c'è una cosa a cui tutti credono fermamente, cioè che l'entropia aumenta sempre e c'è un'analoga cosa nella fisica dei buchi neri che aumenta sempre. e la loro area. Tra l'altro, adesso che abbiamo le onde gravitazionali, che possiamo misurare l'area dei singoli buchi neri e poi anche della loro somma quando sono fusi, abbiamo una prova provata che questo è vero. Noi possiamo misurare le aree dei singoli buchi neri e l'area dei buchi neri fusi. L'area del buco nero dei fusi è maggiore della somma dei due buchi neri. Quindi la superficie del buco nero non diminuisce mai. E quindi io immagino una, non lite, ma una discussione tra questi tre personaggi che sono Hawking, Bekenstein e il suo relatore... E Hawking cosa dice? Hawking non crede a questa cosa, dice che l'analogia tra l'area del buco nero che aumenta sempre e l'entropia che aumenta sempre è una pura coincidenza, non c'è niente sotto, è coincidenza e basta, non c'è niente di fisico. Peckinstein dall'altra parte dice non sono d'accordo, no. La seconda legge della termodinamica che è quella che dice che l'entropia aumenta sempre. È valida in tutto l'universo, dappertutto. Perché mai i buchi neri dovrebbero fare un'eccezione a questa legge sacra? Quindi io credo fermamente che l'area del buco nero sia analoga all'entropia o addirittura che sia una misura dell'entropia del buco nero. E Willer dice, ma sai, Jakov, con il suo solito fare ironico, la tua idea è così pazza che potresti anche aver ragione. Cioè non è pazza poco, è pazza tanto. E quando un'idea è pazza tanto, la probabilità che si abbia ragione, ovviamente se riesce a concludere, a risolvere un problema importante della fisica come era. E Hawking finisce e dice, ma scusate un po', Ma se è vero che il buco nero possiede un'entropia, dice questo credendo di fare il furbino, se avesse entropia allora dovrebbe avere anche una temperatura, perché temperatura e entropia si parlano tra di loro, e quindi se il buco nero avesse una temperatura dovrebbe emettere, quindi non sarebbe più nero. Che cosa mi state dicendo? E non può irraggiare. quindi non può avere una temperatura quindi non può avere un entropia e quindi è vero che l'entropia si perde nei buchi neri e però passa poco tempo solo qualche anno che lo stesso Hawking trova che ci sono delle altre analogie tra quello che succede nei buchi neri e quello che succede nella termodinamica. Non è solo l'area che aumenta e così via. E quindi fa un articolo sulle quattro leggi della meccanica dei buchi neri che assomigliano ai quattro principi della termodinamica. Anche se non crede ancora che siano la stessa cosa, crede ancora che siano una coincidenza, però comincia a pensarci. E finalmente, negli anni tra il 73 e il 74, succede che, dovete sapere che uno degli studenti sempre di Wheeler era Kip Thorne. Kip Thorne è uno degli scopritori delle onde gravitazionali, per questo ha preso il Nobel. E è anche uno degli sceneggiatori del film Interstellar e per questo ha preso l'Oscar. Quindi è una delle pochissime persone che si è preso sia il Nobel che l'Oscar. Un'altra persona molto famosa che ha preso tutte e due è Bob Dylan, che ha preso il Nobel per la letteratura e l'Oscar per una colonna sonora di un film che ha fatto. O chi incomincia a pensare, per la prima volta, a quello che può succedere, dovuto alla meccanica quantistica, nei dintorni di un buco nero. Non dentro il buco nero, questo è proibitivo. ancora adesso è proibitivo, non sappiamo cosa succede dentro, ma appena al di fuori del raggio di non ritorno. È confortato da questo, da un pensiero, che è vero, che è questo. Noi abbiamo l'idea, tutti noi abbiamo l'idea, che il nulla esiste. Abbiamo l'idea, per esempio, se noi fossimo lontani da qualsiasi corpo, che il raggio, che gravita e così via, se fossimo nello spazio cosmico eccetera, potremmo dire che qui, in questo momento, alle 9.00, quello che è, non c'è niente, c'è nulla. Invece la meccanica quantistica proibisce questo. Non può essere vero, non si può dire in questo momento. Qui e qui c'è il nulla, perché questo contraddirebbe il principio di indeterminazione di Heisenberg. Heisenberg ha fatto due principi che sono uno l'equivalente dell'altro e ha detto guardate che non si può dire che qui e in questo momento c'è zero energia non si può, la fisica e la natura proibisce questo non si può neanche dire che una particella è in questa posizione e ha questa velocità esatta non si può, c'è un limite alla nostra conoscenza e lui pensa che questo limite all'inizio siamo nel 1927 antefatto è che heisenberg e schrödinger erano i portatori di due quello che sembrava essere due spiegazioni della meccanica quantistica differenti heisenberg aveva delle matrici che sono delle come se fossero delle righe, colonne di numeri, parametri, e Schrödinger invece aveva un'equazione più umana che pensava alle onde, una cosa continua. Heisenberg e Schrödinger non è che si volessero benissimo, insomma, bene, era molto, molto egocentrico Heisenberg. Schrödinger no. Comunque Heisenberg e Niels Bohr invitano Schrödinger a parlare con loro, a passare qualche giorno con loro per discutere. Caso vuole che Schrödinger si ammala e ospite a casa di Bohr, si ammala e ha la 39 di febbre e comunque tutte le mattine i due si presentano in camera e cominciano a discutere fino a sera. Dopo una settimana sono tutti e tre esausti. Schrödinger è guarito ma parte per una serie di conferenze in America e Bohr va a sciare in Norvegia, fa le vacanze insomma. Quindi Heisenberg si trova da solo, tra l'altro lui viveva proprio all'istituto, sulla soffitta dell'istituto di Bohr a Copenhagen, e ha tutto il tempo per pensare finalmente con calma a quello che succede e scopre che devono esistere questi principi di indeterminazione. Ma la spiegazione che ne dà lui... è che quando noi vogliamo sapere esattamente dov'è una particella, pensiamo a un microscopio, dobbiamo illuminare la particella con un fotone, della luce. Ma se la particella è molto piccola, e quindi se noi vogliamo sapere esattamente dov'è, dobbiamo usare un fotone, della radiazione, che ha una lunghezza d'onda più o meno delle stesse dimensioni. della dimensione della particella. Se la particella è piccola, la lunghezza d'onda è piccola, la frequenza è grande, l'energia è tanta, è grande, e vanno una all'opposto dell'altra. Quindi io devo usare dei fotoni, per esempio, con i raggi X o addirittura raggi gamma, che sono capaci di interagire con questa particella, ma la spostano, perché sono fotoni di altissima energia. E dunque lui dice, è per questo che io ho, che c'è questo principio di indeterminazione. proprio perché sperimentalmente non posso avere l'accuratezza che voglio. È contentissimo di questo principio, di questo, manda l'articolo al giornale perché si è aggiudicato. Dopo uno o due giorni torna Bohr dalla Norvegia e lui ovviamente gli racconta tutto, eccetera, e Bohr dice, Heisenberg, no, Werner, no, non hai capito niente, non hai capito niente. accecato dalla tua rivalità con Schrödinger, tu non hai capito che il tuo principio che è vero, io ci credo, non ha questa ragione, è molto più profondo, è la natura della realtà che è indeterminata, non è una questione di andare a illuminare con i fotoni, anche se tu non la illumini per niente la particella, la particella ha questa doppia faccia non se tu vuoi sapere bene dov'è non puoi sapere che velocità e così via se tu vuoi sapere che per lì per questi tre secondi non c'è non c'è energia sbagli perché in tre secondi l'energia c'è perché 0 è una misura non puoi avere zero è una quantità definita e la natura aborre questa cosa La natura non permette questa cosa di essere completamente determinata, non ce n'è per nessuno, è la natura che è così. questa è la natura che è indeterminata e la conseguenza diretta di questo principio è che quindi nel vuoto non ci può essere il nulla, ci deve essere qualcosa, la natura obbedisce così tanto a questo principio che fa in modo che non ci sia il nulla. Se noi andiamo da qualsiasi parte dell'universo e misuriamo, vediamo che nascono e muoiono delle particelle che vengono dette virtuale tutti i momenti, tutti i momenti. E una raffigurazione dello stato di queste cose è questa piccola animazione in cui si vede questo ribollire dello spazio dove nascono e muoiono continuamente delle particelle, particelle, fotoni, qualsiasi cosa. Perché? Perché la natura obbedisce al principio di indeterminazione. è piena quindi di quelle che vengono chiamate fluttuazioni quantistiche. Ora, uno può anche non credere a questa cosa, fino a che però uno non fa l'esperimento e la misura. E c'è stato un fisico olandese, Casimir, che negli anni 30, quando succedevano queste cose, ha ideato un esperimento ideale per provare la esistenza delle fluttuazioni quantistiche. La cosa geniale, e anche non tanto complicata, è questa. Si prendono due lamine di metallo. Queste due lamine non sono attaccate a nessuna cosa di corrente, sono lontane da tutte le cose di gravità, eccetera. E lui pensa che cosa deve succedere? Beh, deve succedere che le fluttuazioni ci sono sia al di fuori di queste lamine, sia al di dentro di queste lamine. Solo che... le fluttuazioni che noi pensiamo come onde, per esempio della radiazione e così via, dentro le due lamine, devono avere una particolarità. Non devono fare interferenza distruttiva tra loro stesse. Quindi possono esistere soltanto quelle radiazioni che hanno la lunghezza d'onda tale che non facciano interferenza distruttiva. In pratica devono esistere solo le radiazioni la cui lunghezza d'onda è il numero intero. Il numero intero per la loro lunghezza d'onda è equivale alla distanza tra le due lame. Quindi non ci sono tutte le possibili fluttuazioni dentro, ce n'è soltanto una parte. Fuori invece non abbiamo questa limitazione e quindi possono esistere tutte le radiazioni di qualsiasi lunghezza d'onda. E cosa succede quindi? che fuori ce n'è di più che dentro. Quindi, visto che la radiazione produce una pressione, abbiamo che la radiazione fuori produce una pressione che è maggiore della pressione dentro, della radiazione dentro. Quindi le due lamine si devono avvicinare. C'è una forza che le spinge una contro l'altra. Ora, questo ha i tempi, perché è facile da dirsi, ma a farsi. A farsi ci hanno messo un po'di anni, però nel 1996 c'è questo Steve Lamoureux che ha fatto l'esperimento e ha trovato come risultato proprio la quantità di spinta predetta dalla meccanica quantistica e dal principio di indeterminazione, incredibilmente. Quindi, quello che voglio dire, uno ci può credere o no, ma questo è vero. Nel futuro uno può avere anche un'altra spiegazione di questa cosa. ma che deve dare lo stesso risultato. Quindi, l'applicazione convincente ce l'abbiamo già, quindi probabilmente è anche quella vera. Però l'esperimento ha un valore che è maggiore del modello della teoria. La teoria può cambiare, il risultato dell'esperimento no. Allora, e qui abbiamo quasi finito, però, l'evaporazione. Quello che succede quindi, pensa Hawking, è che dappertutto nei dintorni del raggio di non ritorno queste fluttuazioni esistono. Queste fluttuazioni sono nel senso che è la creazione e l'anichilazione, se volete, di due particelle, che sono molto vicine. Però se abbiamo questa creazione di particelle molto lontano dal raggio di non ritorno, fanno sempre in tempo a ricongiungersi e a sparire. ne nasceranno delle altre e così via. Se queste succedono dentro il buco nero, se cose sono dentro il buco nero, hanno tutto il tempo di farsi e di morire. Ma se succedono a cavallo del raggio di non ritorno, abbiamo che può capitare, anche se molto raramente, che una particella nasce fuori e l'altra nasce dentro. La particella che nasce dentro ha il destino segnato, deve cadere dentro il buco nero, facendo rimanere vedova la particella fuori, che non ha più nessuno con cui ricongiungersi. e quindi non muore perché non può ricongiungersi e quindi diventa reale. Quello che vede un osservatore da fuori, quindi, è della roba, delle particelle, che sembrano uscire dalle vicinanze del buco nero e arrivare fino a lui. Non da dentro, ma dalle vicinanze del buco nero. E chi paga per questo? Perché a questo punto l'osservatore che si vede tutti i fotoni, la radiazione, provenire dai pressi del buco nero, questa è energia, questa è luminosità, questa è potenza, qualcuno deve pagare. E dice Hawking, chi paga è il buco nero stesso, che per dar conto di questo deve perdere energia, cioè deve perdere un po'di massa, l'equivalente di quella che vede l'osservatore fuori. Quindi, Non è vero che il buco nero rimane tale per sempre, perché può evolvere e può perdere massa. È come se evaporasse. Oddio, abbiamo detto che questo meccanismo di avere una partigiana dentro e una partigiana fuori è molto raro. Questo si traduce in una vita, in un tempo di evaporazione che è enorme. Pensate che se il buco nero fosse di una massa solare, non lo può essere, ma se fosse, ci metterebbe un tempo, prima di evaporare completamente, uguale a 10 alla 67 anni, cioè un 1 seguito da 67 zeri in anni, cioè un tempo inconcepibile per noi. Ma questo non importa. Non importa se questo noi lo vedremo mai o no, importa il fatto di dire il buco nero evolve. Le leggi della fisica fanno sì che non è per sempre, non è un diamante il buco nero, è per sempre. Il buco nero ha la sua evoluzione e questa evoluzione è predetta a essere tanto più veloce man mano che il tempo passa, cioè all'inizio. si ha una certa luminosità, ma man mano che il buco nero diventa piccolo, questo fatto di avere una particella fuori e una particella dentro diventa sempre più probabile e quindi la luminosità aumenta nel tempo fino a finire in un fiotto di raggi gamma e non rimane più niente, non rimane più niente di questo buco nero. Abbiamo visto che il tempo con cui... Questo buco nero evapora, è proporzionale alla massa al cubo e quindi se noi avessimo dei buchi neri molto piccolini, questo tempo sarebbe molto minore. Allora Hawking si chiede quale deve essere la massa di un buco nero perché evapori del tutto proprio adesso? E la risposta è che deve avere una massa più o meno uguale al Monte Everest. Un milione, scusate. un miliardo di tonnellate. Se avessimo un buco nero di questa massa, allora avremmo che evaporò proprio adesso, nel nostro periodo, non adesso adesso, ma insomma. Quanto deve essere grande questo buco nero? Si possono fare i conti ed è più o meno quella dimensione di un protone. Dentro un protone c'è un miliardo di tonnellate e adesso non si possono più fare buchi neri di questa talfate. però ho chi pensa però c'è un altro periodo dove i buchi neri classici sono la fine delle stelle e così via ma una volta appena dopo il big bang avevamo una densità enorme e probabilmente non era completamente omogenea questa densità c'erano dei pezzettini universo dove la densità era un pochino più grande e lì si potevano formare questi mini buchi neri che lui stesso chiama primordiali. che potrebbero quindi avere una massa molto piccola e sufficiente perché l'evaporazione avvenga proprio adesso, 13,8 miliardi di anni dopo. E che come li potrei vedere io? Li potrei vedere vedendo questo fiotto di raggi gamma. Da qualsiasi parte nel cielo, in posizioni impredicibili, dovrebbero esserci dei fiotti di raggi gamma. Vediamo delle sorgenti così fatte. Sono i gamma ray burst che però hanno una spiegazione molto convincente, completamente diversa. Finora quindi non c'è traccia di esplosioni di raggi gamma che hanno questa origine. Quindi noi non sappiamo ancora se ci sono questi buchi neri primordiali o no. Il completamento di quello che vi devo dire oggi è che se ripendiamo il discorso del fatto che c'era la spazzatura che veniva buttata dentro al buco nero e questo faceva sì che non si sapeva più se era spazzatura, se erano portaerei o se erano lavatrici. E nel 1983 Hawking stesso dice, ma questo è un effetto importante, non è solo una cosa tanto per dire. Vuol dire che c'è un altro principio fortissimo che viene a mancare. L'altro principio fortissimo è la conservazione dell'informazione. La informazione deve conservarsi secondo i fisici ortodossi, diciamo. E in una conferenza Hawking dice no, non è vero, nei buchi neri l'informazione non si conserva. Poi ci sono i fisici ortodossi, tra cui Susskind e John Preskill, che saltano sulla sedia e dicono non può essere vero. Non ci crediamo, questo assolutamente non può essere vero. Sarebbe per motivi complicati la morte della meccanica quantistica. E quindi questo non può essere, non può essere. Non sappiamo perché, non sappiamo come, ma sicuramente questo non può essere. E quindi nasce quella che Susskind in un libro ha scritto, La guerra dei buchi neri, per salvare l'universo dalla fine della meccanica quantistica, sottotitolo, che durerà 30 anni. Il principio guida dei Susskind e di Preskill è che l'informazione non può morire mai, l'informazione è per sempre, non è come i buchi neri che devono finire, l'informazione è per sempre. E quindi si creano due squadre in lotta, c'è Preskill e Susskind da una parte e Hawking e Kip Thorne dall'altra. Cosa fanno i fisici quando ci sono cose così contrapposte? Una scommessa. Hawking ne ha fatte tante di scommesse, le ha perse tutte. Almeno questa però, no, aveva voglia di vincerla e comincia a pensarci. E anche l'altra squadra però non sta ferma e comincia a pensarci, no? E tanto per essere chiaro, no? Quindi se è vero che i buchi neri non hanno capelli, vuol dire che anche se fossero fatte di cabine del telefono, lavatrici, lampadine da una parte e dentifrici, spazzolini e altre cose dall'altra, con la stessa massa uno non avrebbe nessuna possibilità di sapere che cosa c'è dentro e che cosa è successo. Quindi perché? Perché se hanno solo la massa e la rotazione, non c'è altro. E com'è andata a finire questa storia? Questa storia ha una fine, eh? Fa di preannuncio. Allora, Saska incomincia a pensare a un paradosso che era già ben conosciuto da tutti i fisici della relatività generale, e cioè che la gravità è capace di rallentare il corso del tempo. Anche questo... è stato sperimentato, certificato, non ci sono dubbi e a riprova di ciò abbiamo che Google Map e tutti i navigatori satellitari devono tener conto di questo, altrimenti vi mandano a sbattere. Quindi questo lo proviamo tutti i giorni, noi tutti, più volte al giorno, tutte le volte che usiamo il navigatore. Quindi, come vi ho detto, questo è assodato. Magari in futuro ci sarà un'altra teoria che mi può spiegare, ma questo è così, è vero. Se la gravità rallenta il tempo cosa succede? Succede che se io ho un'astronave che è molto lontana ed è diretta verso il raggio di non ritorno in un buco nero, cosa succede? Io all'inizio da fuori la vedo accelerare, ma a un certo punto quando è vicina, piano piano si ferma e diventa invisibile. Diventa ferma perché la gravità è così grande lì che lo scorrere del tempo come visto da me, non come visto da uno dentro, ma come visto da me diventa grandissimo. E quindi ci mette un'infinità di tempo a muoversi e quindi sembra ferma, non solo sembra, è ferma. E non la vedo più perché la gravità è così grande che la radiazione che proviene da quelle parti è... recitata si dice come termine tecnico cioè c'è uno spostamento verso il rosso così grande che non mi arriva più energia quindi vedo della luce nera se volete invece il pilota della dell'astronave cosa vede vede che non vede nessun rallentamento nessuna fermata lui piomba dentro la singolarità dentro il buco nero oltrepassa il raggio di non ritorno e si dispera muore però va dentro. Quindi ci sono due narrazioni del stesso fenomeno completamente diverse. Chi ha ragione? Ha ragione tutte e due. E Susskind propone quindi una cosa simile al principio di sovrapposizione e di complementarietà della meccanica quantistica. Questa cosa ricorda il dualismo onda-corpuscolo della meccanica quantistica, cioè un elettrone è un'onda, o è una particella. E adesso noi sappiamo che è tutti e due. Come è tutti e due, sono vere tutte e due le narrazioni dell'astronave che entra dentro il buco nero. Ma c'è un'altra cosa interessante, che è quella. Supponiamo di avere un frigorifero americano di quelli alti 2,20, che sono molto grandi, che sta cadendo dentro il buco nero. Siccome è molto grande, relativamente parlando, 2,20 m, la base cade in piedi. che è più vicina al buco nero dell'altezza. Quindi la gravità alla base è più grande che la gravità alla sommità. E quindi quello che succede è che all'inizio tutto il frigorifero cade verso il buco nero, ma man mano che si avvicina al raggio di non ritorno abbiamo che la gravità qui è più grande che la gravità sulla sommità e quindi abbiamo che il sotto rallenta. di più del sopra. Se la gravità rallenta il tempo, sotto la gravità è maggiore, il tempo scorre più piano. Quindi quello che vediamo noi è che il frigorifero è come una molla che viene compressa e si spiattella completamente sulla superficie del buco nero. Quindi il frigorifero in realtà noi non lo vediamo cadere dentro il buco nero. lo vediamo spiattellato sulla superficie e come il frigorifero vedremo in transatlantico la portaerei, il dentifricio, tutto. Tutte queste cose quindi esistono ancora ma sulla superficie del buco nero, completamente spiattellati. E questo ricorda molto una olografia. Sapete che un'olografia è una lastra fotografica illuminata in maniera particolare e quando? Venisse mai riilluminata da, per esempio, un laser, ricostruisce un'immagine tridimensionale di quello che avete riprodotto. Quindi, questa signora, vedete la fronte, vedete il lato, ma vedete anche il dietro. Basta girarvi. E il tutto è dentro l'informazione, dentro questa rasta fotografica fatta da queste cose, scarabocchi sembrano, che sono le scarabocche dovute all'interferenza della luce e così via. Così sulla superficie del buco nero devono esistere tutte le cose codificate in questa maniera, ma è lì che c'è l'informazione, quindi l'informazione si è conservata. Uno dice, vabbè, supponiamo che sia vero, tutto vero, bello, ma ha appena detto che i buchi neri non sono per sempre perché emettono radiazione, la radiazione di Hawking evaporano, no? E la radiazione di Hawking ha una forma molto semplice. che dipende soltanto da temperatura e non porta con sé delle informazioni. E alla fine tutto è andato in radiazione. E l'informazione, che ne è dell'informazione? Mica c'è scritto che erano transatlantici dentro la radiazione di Hawking, no? Erano frigoriferi. Eppure adesso non ci sono più. Dove è andata a finire la radiazione? Questo è ancora un problema aperto. Nonostante ciò, il fatto che c'è questa informazione che si sparpaglia sulla superficie è stata sufficiente a Hawking, ma non a Kip Thorne. di dire ho perso, ho perso la scommessa. E nel 2004 c'è un congresso, credo in Irlanda, dove sono presenti Preskill, Hawking e così via, e Hawking decide quindi di dare la ricompensa della scommessa. Loro avevano scommesso che se avessero vinto Preskill, Hawking gli avrebbe regalato. una enciclopedia del baseball. Vedete qui, il Total Baseball. Perché? Perché l'enciclopedia del baseball è un concentrato delle date, dei giocatori, dei punteggi, un concentrato di dati, di informazioni. E qui vediamo Preskill che, tutto contento, esibisce questa enciclopedia come un trofeo, perché ha vinto la scommessa con Hawking. Subito dopo, però, Hawking si pente. Perché giustamente dice, ma è stato stupido, invece di regalargli il libro dovevo prima bruciarlo e poi regalargli le cenere. Tanto l'informazione si conserva, no? Dopo sono fatti i tuoi a ricavarla. È sempre più difficile, ma comunque si è conservato. E con questo finisco dicendo la frase iconica di Hawking, che praticamente dice, ma guardate, non state lì a guardare i vostri piedi. Guardate in alto, guardate le stelle e sappiate che qualsiasi sia la vostra difficoltà, no? E qualsiasi sia i problemi che avete, sicuramente io, sottinteso, ne sono un esempio, se non mollate mai e quindi ci date dentro tanto, riuscirete a ottenere grandi cose. E con questo vi ringrazio. Volevo anche ricordarvi che oltre a questa conferenza che state guardando trovate le altre conferenze in descrizione, praticamente sono quelle che trovate anche su Rinascimento Culturale. Io poi ho un mio canale dove pubblico dei brevi interventi da 10 minuti, un quarto d'ora, delle pillole di scienza che possono quindi riguardare... argomenti più specifici. E infine vi ricordo che ho scritto tre libri che sono l'astrofisica per curiosi e luce fu e l'universo come non si era mai visto. In pratica il primo libro è una serie di curiosità su come nascono le stelle, come nascono i pianeti, come nascono i buchi neri e così via. Il secondo invece prende a pretesto il fatto dello studio della luce. che ha accompagnato sia la relatività di Einstein, sia la meccanica quantistica. Il terzo invece è un libro che vi fa vedere o vi fa conoscere che cosa si è scoperto guardando non solo la luce visibile, come da millenni l'uomo ha fatto, ma anche la radiazione ad altre lunghezze d'onda. E quello che si è scoperto è un universo molto diverso. perché è molto più violento, pirotecnico e energetico.

Vi mostrerò qual è stata l'idea portante che Hawking ha avuto per dimostrare che i buchi neri in realtà sono capaci di evolvere, di perdere massa e quindi di produrre energia sotto forma di radiazione, una cosa spaventosamente nuova che ha colpito tutti. Quello che Hawking ha tentato è una prima unificazione tra le due colonne della fisica del 1900 che sono la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale. I buchi neri non sono per sempre, i buchi neri devono evaporare.

producendo radiazione la loro massa diminuisce fino a scomparire nel nulla. C'è stato un film che ha raccontato la vita di Stephen Hawking, sue esperienze anche familiari e scientifiche. Il titolo di questo film è La teoria del tutto. E'un film, è un titolo che sicuramente è accattivante, però non corrisponde a quello che in fisica di solito si identifica con la teoria del tutto. La teoria del tutto ha un'altra accezione, un altro significato.

Significa una teoria che accorpa la gravità con le altre forze, che sono la forza forte, la forza elettromagnetica. la forza debole e così via. E qui Hawking non ha dato contributi, ne ha dati tanti, altri, ma non per questo.

Quindi è un mito da sfatare. Se volete però, questo titolo ricorda il fatto che quello che Hawking ha tentato è una prima unificazione, raccordo tra le due... colonne della fisica del 1900 che sono la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale.

Questo sì, viene fatto da Hawking, anche se dovete sapere che quello che ha fatto Hawking non è che l'inizio, è una piccolissima porzione di quello che sarà la teoria finale. Devo dirvi la verità, la conferenza di oggi non è molto facile. Non è molto facile perché parla della... prima introduzione della storia della quantistica abbinata alla gravità, della quantum gravity.

Sapete tutti che i due capisaldi, le due colonne della fisica del 1900, sono state la relatività di Einstein e la meccanica quantistica. Ma anche Einstein e i tanti che hanno contribuito alla meccanica quantistica sapevano che... Non era finita la loro storia. Perché? Perché le due maggiori teorie non si parlavano.

In che senso non si parlavano? Non potevano descrivere quello che succede quando abbiamo un fenomeno nell'infinitamente piccolo e che però contiene tantissima gravità. Nel microscopico funziona la meccanica quantistica, mentre nella grande gravità funziona la relatività generale. E quali sono i due esempi che vengono subito in mente?

Il centro di un buco nero e l'inizio dell'universo, il Big Bang. Questi due sono due fenomeni che avrebbero bisogno della quantum gravity per essere descritti. Il primo che ha tentato un approccio, anche se come spesso dico, in questo approccio, pensate di avere un libro che descrive la gravità quantistica, un libro che facciamo di 300-400 pagine che descrive compiutamente quello che succede. Ecco, l'idea e la scoperta di Hawking sarebbe la prima pagina dell'introduzione, ecco, quindi siamo ancora molto indietro. Nonostante ciò è stato un inizio brillantissimo che addirittura ha dimostrato che i buchi neri non sono per sempre.

I buchi neri devono evaporare, cioè producendo radiazione. la loro massa diminuisce fino a scomparire nel nulla. Ora facciamo un po'di biografia dell'eroe di questa puntata che è Stephen Hawking. Stephen Hawking è nato l'8 gennaio 1942 ed è purtroppo morto sei anni fa, circa il 14 marzo del 2018. E c'è una curiosità.

a questo proposito perché se prendiamo altri due giganti della fisica e della gravità come Galileo Galilei e Albert Einstein abbiamo che Galileo è morto l'8 gennaio del 1642 cioè esattamente 300 anni prima della nascita di Hawking mentre Einstein è nato il 14 marzo del 1879, proprio lo stesso giorno in cui Hawking è morto. È una coincidenza fortuita, non bisogna fantasticarci troppo, però idealmente, se volete, c'è una specie di passaggio di testimone attraverso queste date. Nasce da una famiglia in cui padre e madre non erano ricchi, ma erano abbastanza benestanti. tutti e due laureati ad Oxford, il padre era medico, era dedito alla ricerca delle malattie tropicali, quindi era spesso in giro e avevano quattro figli, avevano Hawking, altre due sorelle e un altro bambino adottato.

E devo dire che, a quanto si sa... Occhi andava molto d'accordo con la sua famiglia e con i suoi fratelli. Frequenta delle scuole eccellenti, lui di se stesso dice che non si sentiva eccezionale o bravo.

Anche però i suoi compagni delle scuole primarie già lo chiamavano Einstein, quindi qualche cosa di buono l'aveva già fatto vedere anche da piccolo. Durante le scuole superiori... Si avvicina alla fisica e all'astronomia perché sono due materie che gli davano speranza di comprendere le cose veramente importanti, cioè da dove veniamo, chi siamo, perché siamo qui e così via. Finisce le scuole superiori, c'è da decidere l'università, diciamo che ottiene l'ingresso all'Oxford all'età di 17 anni, anche se quest'età sembra...

molto giovanile per uno che inizia l'università, ma in Inghilterra abbiamo che si guadagna un anno alle elementari, non avevano il servizio militare come noi adesso e le superiori duravano un anno meno, quindi non era niente di eccezionale. Però finisce l'università dopo tre anni, nel 1962, e c'è il problema di tentare di fare il dottorato. Hawking avrebbe voluto fare il dottorato con Fred Hoyle, che era il personaggio più noto dell'epoca, grandissimo cosmologo, molto eccentrico, un bastione contrario di prima classe, non ha mai avuto il Nobel probabilmente per questo motivo, anche se l'avrebbe meritato, però Fred Hoyle è pieno di studenti e quindi non può accettarne un altro.

E quindi... si trova a dover ripiegare per modo di dire con Dennis Schama, che accetta di fargli da relatore. Però proprio in quell'anno, nel 62-63, quando lui ha 21 anni, 22, gli viene diagnosticata una terribile malattia, che è la SLA.

E come dice lui stesso, come dirà lui stesso... Quando uno ha poco da vivere, dopo un primo periodo di disperazione, vuole vivere ogni singolo secondo del tempo che gli rimane. Per cui questo è successo anche a lui, dopo poco si sposa, infatti, e dopo un periodo di depressione comincia invece a essere molto attivo. C'è una cosa particolare. Allora gli studenti di quegli anni si facevano vanto di non studiare niente, cioè di riuscire comunque a fare le cose senza studiare.

Anche Hawking... è di quel parere lì, quindi studia mica tanto, era il contrario di un secchione. Però durante il dottorato si accorge che studiare gli piace, siccome è un piacere comincia a studiare e anche a interessarsi di cose sempre più complicate, astruse, ma importanti. Nel 1965 si sposa, si sposa Jane, che chi ha visto... La teoria del tutto ha potuto vedere il primo periodo di innamoramento e poi le nozze e così via.

E Jane avrà tre figli da lui, però divorzieranno nel 1990. La storia del loro matrimonio e del loro divorzio è abbastanza particolare perché Come viene descritto anche nel film che vi ho citato, Natalia del Tutto, ad un certo punto Jane non ce la fa più ad accudire il marito, cerca aiuto e quindi trovano una infermiera molto particolare, molto, molto, in inglese c'è un nome che la definisce che è outgoing, quindi estroversa, che lo tratti in maniera per niente da malato, diciamo. e lui si innamora e quindi poi la sposa. Io qui vi faccio vedere due fotografie che hanno, le ho messe a posta perché hanno un risvolto personale. Io ho fatto il, non il dottorato, ma il postdoc, si dice che in termini più brutali è un lavoro da precario di due anni, proprio a Cambridge in quegli anni, 1988-1989.

E mi è capitato nel 1988... passeggiando per le vie di Cambridge da una libreria ad un'altra, ho visto proprio Hawking da solo sulla sua carrozzina che mangiava un gelato. Quindi erano i tempi in cui lui poteva ancora parlare anche se con difficoltà e poteva usare le mani perché stava mangiando un cono gelato. La seconda foto ritrae Hawking con la sua seconda moglie che era l'infermiera e nel 95 i due si sposano.

E quello che succede è che nel 2002 gli inglesi hanno una particolarità. Quando compiono 60 anni, gli scienziati inglesi, i ricercatori e così via, hanno un party, una festa, a cui si accompagna una conferenza un po'celebrativa. E c'era Martin Rees, che è coetaneo di Stephen Hawking, del 1942 anche lui, che era il direttore.

dell'istituto di Cambridge dove io ho fatto il postdoc, che ha dato un party a casa sua e aveva invitato anche Hawking. E quindi io mi ricordo Hawking seduto sempre sulla carrozzina e sulle sue ginocchia c'era questa seconda moglie che parlava simpatica, assolutamente, come ho detto, estroversa, senza nessun timore reverenziale verso suo marito. Io me la ricordo proprio come viene descritta nel film, che penso che quindi sia molto fedele.

Questo tratto del suo carattere viene messo bene. Ritornando alla fisica, a quello che lui ha scoperto, dovete sapere che in quegli anni, stiamo parlando degli anni 60, c'erano tre grosse scuole di relatività, una americana, una appunto a Cambridge. e una russa a Mosca.

I tre capifila di queste tre scuole, i tre cavalieri se volete, erano John Archibald Wheeler in America, erano Danny Shama che era stato ed era il supervisore di Hawking e Yakov Zeldovich che era un grandissimo scienziato russo. di cui ovviamente nella parte occidentale si sapeva, soprattutto in quegli anni, molto poco, perché i viaggi, per esempio, dei scienziati russi erano stati interrotti da Stalin e quindi gli era proibito viaggiare. E tutti e tre questi grandissimi personaggi hanno avuto degli studenti, tra l'altro tanti sono stati premi Nobel.

come Archibald Wheeler che ha avuto Feynman e Kip Thorne come premi Nobel, Shama che ha avuto Hawking, Martin Rees e così via, e persone eccezionali. assolutamente al di sopra della media di molte spanne. Un'altra cosa carina che vi posso raccontare è che John Archibald Wheeler non solo è famoso per i suoi studenti e per la sua ricerca originale propria, ma anche per degli afforismi lancinanti.

È stata la persona che ha battezzato I buchi neri, il black hole, è stata la persona che ha battezzato gli wormhole, che prima erano i ponti spaziotemporali di Einstein e Rosen, è stata sua la frase, la massa dice allo spazio come curvarsi e la curvatura dice alla materia come muoversi. E in questa frase c'è riassunto il succo completo. della Relatività Generale.

Quando era ormai anziano, era sopra i 90 anni, continuava a lavorare, andava in ufficio, eccetera, quindi è stato intervistato proprio alla mensa dell'Istituto da un giornalista che gli ha chiesto, secondo lei, che cos'è la cosa più importante che bisognerebbe studiare in questo periodo. E lui ci pensa un po'e dice, secondo me è l'informazione. E a questo proposito, anche lì, conia. il detto it from bit, la realtà dall'informazione, it from bit.

Chissà quando le pensava, probabilmente quando faceva il bagno, quando faceva la doccia, cioè questo è classico, no? Shama era un cosmologo incredibile e ha avuto parecchie idee grandiose, però è stato sfortunato, cioè la natura non ha scelto il suo modo. per esempio di fare la materia oscura con i neutrini, che era una sua idea. Ha scelto un'altra cosa.

Quindi ha avuto idee grandiose, ma appunto non è stato mai sfortunato. C'è un aneddoto, anche Shama ha avuto il piacere di conoscerlo personalmente perché era il capo, il direttore della Sissa, che è una scuola per dottorandi che io ho frequentato a Trieste e io ero... assolutamente sbalordito dalla capacità logica di Shama che lui faceva vedere non faceva neanche un corso infatti era uno spreco saluto secondo me perché era un didatta meraviglioso però durante coffee break eccetera parlava io mi sentivo come proprio stretto all'angolo dalla capacità logica sua mi faceva un po'paura proprio nel senso di timore reverenziale E l'altro aneddoto che vi posso raccontare, lui è stato allievo di Paul Dirac. Paul Dirac ha avuto la sua idea maggiore a 24 anni e a 26, come se niente fosse, ha predetto l'antimateria che non era ancora stata scoperta. Lo sarà due anni dopo.

Paul Dirac è un altro nell'Empireo. dell'alto dei cieli insomma e tutti gli scienziati di allora soprattutto la meccanica quantistica avevano avuto le loro idee maggiori a tra i 24 e 26 anni einstein ha fatto la relatività e l'effetto fotoelettrico a 26 anni tutto nel 1905 la relatività generale ci ha messo un po perché non sapeva benissimo la matematica ma l'ha fatta nel 1915, quindi insomma non tanto tempo dopo. Quindi c'era questa nomea che ormai le idee pregnanti eccezionali uno le aveva da giovane e a 30 anni ormai era finito. E quindi Danny Schama, era ancora in Inghilterra, da un party, da una festa, dirà addio alla ricerca attiva.

Dovete sapere che io quando ho fatto il dottorato avevo 31 anni all'inizio, quindi era abbastanza deprimente a conoscere queste cose. Però tutti noi ci consolavamo con Erwin Schrödinger. Schrödinger, famoso per la sua equazione e per il suo gatto, ha avuto l'intuizione e la bravura di scrivere l'equazione di Schrödinger a ben 39 anni. Quindi per noi era l'unica speranza. Vabbè, Zeldovich invece era un grandissimo scienziato russo, ha fatto tutto.

Zeldovich ha fatto la bomba atomica, ha fatto studi su qualsiasi cosa della fisica. E gli aneddoti, sapete, dei russi è un po'difficile averli perché appunto stavano sempre da un'altra parte, non venivano mai in Occidente. Comunque sono riuscito a sapere che era tipico per lui passare, passeggiare in corridoio degli uffici, chiedere a tutti gli studenti di Dott.

dottorato eccetera, di che cosa si stavano occupando e ad ognuno dava un'idea che poteva essere l'idea della vita, senza volere niente in cambio, per suo puro divertimento. Persona eccezionale. Vabbè, l'argomento di cui Hawking si occuperà in quegli anni sono proprio i buchi neri. Questa è la prima foto.

del buco nero, è un buco nero abbastanza eccezionale perché è grandissimo, ha una massa di 6 miliardi e mezzo di masse solari, l'equivalente di 6 miliardi e mezzo di soli, contenuto in una regione molto molto piccola, però piccola relativamente. Nel raggio di non ritorno di questo buco nero, che dopo spiegherò che cosa significa, ci starebbe tutto il nostro sistema solare e ci sarebbe ancora spazio, quindi è una roba grandiosa. Comunque i buchi neri classici, normali, come nascono?

Nascono verso la fine della prima vita di una stella molto grande. Bisogna che questa stella abbia circa... più di 25 masse solari al suo inizio quando nasce e sapete la stella funziona perché brucia bruciare tra virgolette l'idrogeno per trasformarlo in elio se la massa è sufficiente l'elio può essere trasformato in carbonio il carbonio in neon ossigeno e così via fino ad arrivare al ferro quando si arriva al ferro però per la stella una catastrofe assoluta La stella ha bisogno di produrre energia perché questa produca pressione, quindi abbastanza temperatura, per sostenere l'enorme gravità del nucleo della stella stessa e gli strati esterni.

Quindi quando si forma il ferro, il ferro non brucia più. beccare un protone o un nucleo di elio per diventare un elemento più pesante ma se lo fa non produce energia la chiede la richiede quindi anche se lo facesse il nucleo diventa più freddo e diventare più freddo vuol dire non avere più la pressione a temperatura la pressione necessari per sostenere il nucleo stesso contro la gravità che sta spingendo Quindi che cosa succede? Succede che il nucleo, che non può più essere sostenuto dalla sua pressione interna, implode. Implode in una frazione di secondo, la cosa è velocissima, e in una frazione di secondo diventa sempre più piccolo, sempre più piccolo. Non c'è nessuna forza che può contrastare la gravità e la gravità vince.

Vince vuol dire che il nucleo diventa una sfera con un raggio che impedisce alla gravità, è una gravità così grande data dal raggio così piccolo, che impedisce perfino alla luce di uscire. Se la luce non può uscire ovviamente il corpo risultante è nero. E quindi abbiamo la creazione di un nucleo. di un buco nero. Questo è il sistema classico di fare i buchi neri e se il sole diventasse un buco nero non lo può fare, il sole ha una massa solare, non ha 25, ma se riuscissimo a compattarlo così tanto, se riusciamo a compattarlo dentro una sfera che ha un raggio minore di 3 km, ecco che il Sole diventerebbe un buco nero, la luce non potrebbe uscire.

Quindi il raggio di non ritorno, possiamo chiamare, per il Sole sarebbe 3 km. In 3 km, pensate però, c'è tutta la massa del Sole. Cioè è un buco nero che potrebbe stare nel centro di Milano, ma comodamente, con una gravità gigantesca. Questa è una fotografia che viene dal film Interstellar, questo è il raggio di non ritorno di cui vi ho parlato, si può calcolare semplicemente, non occorre la relatività generale per arrivare alla stessa espressione, basta Newton. Noi vediamo che se...

concentrate la massa in un volume molto piccolo che ha un raggio molto piccolo la gravità è così grande che neanche la luce può uscire cioè quello che significa è che ogni corpo anche la terra ha una sua velocità si dice velocità di fuga per cui un sasso scagliato in alto può non ritornare più sulla terra con la gravità della terra questa velocità è 11,2 km al secondo Ovviamente se la Terra avesse la stessa massa ma fosse più piccola, allora la distanza dal nostro centro, il centro della Terra sarebbe di meno, la gravità sarebbe più forte e quindi bisogna imprimere una velocità più grande perché non torni più indietro. E se riusciamo a fare della Terra una biglia di un centimetro di raggio, ecco che la Terra diventerebbe un buco nero. La velocità che bisognerebbe dare al sassolino perché lui potesse sfuggire è 301.000 km al secondo, maggiore della velocità della luce. Quindi neanche la luce può uscire. Uno si può chiedere a che cosa corrisponde questa enorme compressione del nucleo di una stella.

E qui la vera risposta non è... per ora conosciuta, però sappiamo un pochino quello che succede un attimo prima di avere il patatracca finale. Perché?

Perché esistono le stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono quelle che hanno un pochino meno di 25 masse solari all'inizio e hanno più di 8 masse solari all'inizio. Quindi nell'intervallo tra 8 e 25 masse solari la storia è molto simile a quella che darà origine a un buco nero.

solo che la gravità è un pochino meno e si riesce a trovare un equilibrio. Come viene trovato questo equilibrio? Abbiamo che il nucleo della stella è fatto da atomi, ovviamente, e quando questa enorme massa viene compressa, succede che, per prima cosa, gli elettroni trovano più conveniente tuffarsi nei protoni farne quindi dei neutroni neutri. Quindi avete un enorme concentrato di neutroni.

La gravità fa il suo mestiere, questa massa viene compressa, compressa, fino a che i neutroni quasi si toccano l'uno con l'altro. A questo punto interviene un altro... effetto speciale, escamotage, della meccanica quantistica.

Dovete sapere che ai neutroni, anche agli elettroni, ma soprattutto ai neutroni, non piace la vicinanza tra di loro e quindi escogitano una forza, una forza proprio che impedisce un'ulteriore compressione. Quando i neutroni... quasi si toccano uno con l'altro, interviene una forza che deriva da un effetto prettamente quantistico.

Ha anche un nome roboante, si chiama principio di esclusione di Pauli, che impedisce a due particelle, due neutroni o anche due elettroni, di occupare lo stesso posto. Questo fa sì che nasce una repulsione data proprio dalla idiosincrasia. dall'antipatia di questi neutroni tra di loro, che riesce a controbilanciare l'enorme forza di gravità. Questo succede però se la gravità è forte sì, ma fino a un valore critico.

Se la gravità vince, quindi è superiore a questo valore critico, neanche questa forza di repulsione può far niente e quindi si ha la compressione ulteriore di tutti questi che erano i componenti dell'atomo. E si ha quindi un raggio che diventa più piccolo del raggio di non ritorno. Che cosa succede dopo? Che fine fa questa materia e che faccia avrà questa materia?

Nessuno lo sa. Nessuno lo sa per quello che dicevo all'inizio. Occorrerebbe la gravità quantistica.

Compressione fa sì che i volumi siano microscopici. La grande massa fa sì che la gravità sia mastodontica. E gravità grande, volume piccolo, relatività generale. e meccanica quantistica. Non c'è la teoria che le descrive tutte e due insieme.

Quindi noi non lo sappiamo. Sappiamo quello che succede un pochino prima, alle stelle di neutroni. Va bene. Quindi abbiamo un raggio di non ritorno, vedete che è proporzionale alla massa, e l'altra prova provata della esistenza dei buchi neri sono le onde gravitazionali, che sono state, hanno avuto una lunga storia, predette...

addirittura da Einstein stesso, ma poi disconosciute da Einstein, che scrive un lavoro dicendo che le onde gravitazionali non possono esistere. Fortunatamente questo lavoro non è stato accettato dal giornale, perché l'arbitro che doveva decidere si era accorto di un errore di Einstein e quindi non è uscito, per fortuna di Einstein, perché avrebbe dimostrato che Einstein poteva sbagliare. Però ci è voluta del bello e del buono per riuscire a detettarle, rivelarle queste onde gravitazionali.

Però ci siamo riusciti. Ci siamo riusciti il 14 settembre 2015, che è una data particolare, perché era cent'anni dalla formulazione della Relatività Generale, che Einstein ha fatto nel novembre del 1915. Quindi, insomma, è un centenario, no? Proprio, quindi, nel centenario della relatività generale, le antenne gravitazionali hanno rivelato queste onde.

Ora, che cosa sono queste onde? Prendiamo due buchi neri, o prendiamo due corpi normali, no? E supponete che questi due corpi siano lontani, ma siano nel piano del cielo.

Avete una a sinistra e una a destra. e pensate di dover calcolare la gravità prodotta da questi due corpi. Sarà un certo numero.

Adesso pensate, due corpi alla stessa distanza, ma metteteli uno dietro l'altro e vi chiedete, ma in questo caso la gravità sarà di più o sarà di meno? Ve lo dico io, è di più, perché si somma in maniera perfetta. Qui invece si somma sì, ma in maniera... Non per fette pensate due frecce, no?

Che sono allineate in un caso e abbastanza oblique nell'altro. Quindi se abbiamo due corpi che orbitano uno intorno all'altro, abbiamo una gravità che anche da noi deve cambiare. Da noi vuol dire lontani. Deve cambiare. E chi dice alla gravità di cambiare?

Come facciamo noi a saperlo? Lo possiamo sapere perché le onde gravitazionali... informano tutto lo spazio intorno alla velocità della luce che il valore della gravità deve cambiare quindi le onde sono il modo in cui la natura dice a tutto lo spazio intorno qual è il valore giusto della gravità che i due corpi fanno e come si propaga questa onda beh si propaga distorcendo anche se di poco lo spazio-tempo intorno ai due corpi che orbitano uno con l'altro. Che cosa vuol dire distorcere lo spazio-tempo?

Semplicemente cambiare la distanza tra due turaccioli. Turaccioli perché penso a due turaccioli sulle onde del mare che vanno su e giù senza andare in avanti, eccetera. Ecco, le onde gravitazionali dovete immaginarle come qualche cosa che non sposta i turaccioli.

contrae e allunga lo spazio tra i due turaccioli senza che loro facciano niente però la distanza cambia quindi se noi abbiamo uno strumento che è capace di misurare in maniera perfetta la distanza tra questi due turaccioli ecco questo può far sì che possiamo rivelare il passaggio di un'onda gravitazionale questo è stato fatto e Questo, se volete, è la distanza dei turaccioli graficata in maniera, sembrano proprio delle onde, perché la distanza... cresce, diminuisce, cresce, diminuisce, cresce, diminuisce, a seconda di come è fatta l'onda. Adesso pensate a due bocchi neri che stanno orbitando uno vicino all'altro e nel farlo perdono energia proprio perché producono onde gravitazionali. Ma se perdono energia i due bocchi neri si avvicinano e se si avvicinano loro girano più forte e producono ancora più onde gravitazionali. Quindi noi prediciamo come si vede in questo grafico, che le onde, quindi queste oscillazioni, saranno sempre più veloci, quindi la frequenza aumenta e l'ampiezza, che è quanto sono potenti, cresce.

Questo ha uno strano e curioso modo di espressione, perché è proprio quello che succede con il canto degli uccellini. canto che si chiama CIRP che aumenta la frequenza e aumenta anche l'intensità proprio come fanno le onde gravitazionali e quindi proprio scientificamente sono chiamate CIRP queste onde e dalle misure che adesso possiamo fare possiamo stabilire quanto sono grandi i due buchi neri che si sono avvicinati e si sono fusi in un unico buco nero e possiamo anche misurare la loro massa, quindi la loro grandezza del raggio di non ritorno, sia singolarmente che quando si sono fusi in un buco nero solo. Ora, è la convinzione, ed è convinzione tuttora, che i buchi neri sono allo stesso tempo una delle cose più difficili da studiare per via che avrebbero bisogno della gravità quantistica e così via, ma dall'altro lato invece... Sono la cosa più semplice perché tutti i buchi neri hanno soltanto tre proprietà.

Hanno la massa, la possibilità di ruotare, quindi la rotazione, e la carica. Ora, nell'universo avere buchi neri carichi è possibile in linea teorica, ma è impossibile in linea pratica, perché se un buco nero ad un certo punto diventa carico, attirerebbe di più le cariche contrarie. e in breve tempo annullerebbe la sua carica. Quindi possiamo in definitiva dire che le caratteristiche dei buchi neri sono due, sono la massa e la rotazione.

Questo lo stesso John Archibald Wheeler lo ha sintetizzato in maniera scherzosa dicendo che i buchi neri non hanno capelli perché non hanno nessuna proprietà. Black holes have no hair. Però...

John Wheeler, lo stesso John Wheeler, ad un certo punto ha uno studente, uno studente israeliano, che è Jacob Bekenstein. E Bekenstein non ci sta. Nel senso, non ci sta in che senso?

Non ci sta a dire che i buchi neri non hanno capelli, non hanno nessuna proprietà e così via. Perché cosa sottintende questa cosa? Sottintende che noi buttiamo dentro lavatrici, spazzolini da denti, dentifrici o qualsiasi altra cosa, o transatlantici e portaerei di uguale massa, vanno dentro il buco nero e morta lì. Noi non possiamo più sapere se abbiamo buttato dentro portaerei o lavatrici. E questo viene esemplificato dicendo che Supponiamo di avere una grande isola ecologica piena di spazzature.

Spazzatura vuol dire che è già stata riprocessata, no, non giochiate e così via. Ecco, prendiamo tutta questa spazzatura, la buttiamo dentro un buco nero e ci siamo liberati di tutta la spazzatura. Ma spazzatura vuol dire anche disordine, vuol dire entropia.

Quindi i buchi neri sarebbero una isola ecologica perfetta perché spazzerebbero via e diminuirebbero l'entropia dell'universo. E Bekenstein inorridisce a questa prospettiva perché la fisica ha sempre pensato come principio caposaldo, un principio sacro, che l'entropia deve aumentare sempre. Questo va sotto il nome un pochino più formale di secondo principio della termodinamica, ma in definitiva è che l'entropia dell'universo non può diminuire. Se ha quindi ragione questa idea che si può buttare la spazzatura nel buco nero e non vederla più, vuol dire che l'entropia potrebbe diminuire.

E lui è convinto che questo non può essere. Allora, vediamo un po', adesso io ho detto entropia in una maniera un po'facile. ho detto che corrisponde al disordine, vediamo un po'meglio a che cosa può corrispondere.

Prendiamo un boccettino di profumo, chiuso con il tappo, lo mettiamo in un angolo della stanza e lo stappiamo. Che cosa succede alle molecole del profumo? Si vedono che loro vanno via, si mescolano con tutte le molecole che abbiamo dentro la stanza. Ora, all'inizio tutte le molecole di profumo erano in un posto nel boccettino, alla fine sono tutte sparpagliate e non succede mai che le molecole sparpagliate fanno il percorso inverso e vanno a tuffarsi nel flaconcino di profumo. Questo è un esempio di aumento dell'entropia.

All'inizio tutte le molecole di profumo erano ordinate e stavano dentro il flaconcino, alla fine sono tutte sparpagliate, quindi sono tutte disordinate. E l'entropia in questo processo è aumentata, perché è aumentato il disordine. Un altro esempio è avere un mattone caldo e un mattone freddo. Se noi li mettiamo vicini, che cosa succede? Succede che il mattone freddo diventa un pochino più caldo e il mattone caldo diventa un pochino più freddo.

Cioè il calore va dal corpo più caldo al corpo più caldo. più freddo. Questo si spiega semplicemente perché prima avevamo un mattoncino caldo dove tutte le molecole proprie del mattoncino erano dentro il mattoncino caldo. Se queste molecole vanno a contatto con un corpo che può essere l'aria ma facciamo il mattoncino più freddo, un po'del loro calore, cioè del loro moto, si sparpaglia e va a intaccare le molecole accelerandole del mattoncino più freddo.

Quindi prima c'era ordine, caldo e freddo, poi c'è più mescolanza, miscuglio, quindi più disordine e anche in questo caso l'entropia è aumentata. L'entropia aumenta sempre. Un altro esempio ancora. Abbiamo un barattolo dove ci sono delle palline, tutte rosse da una parte e tutte blu da un'altra. Adesso noi le rovesciamo per terra, cosa succede?

le palline si mescolano e non succede mai che voi prendete un barattolo con le palloncine già mescolate, lo tirate per terra e zacchete, avete la divisione perfetta tra rosso e blu. In questo caso il disordine è aumentato e quindi l'entropia è aumentata. Ed è una legge, questo secondo principio, che tutti ritengono sacra.

Entropia aumenta sempre. E che cosa c'è, pensa Bekenstein, nella fisica dei buchi neri che aumenta sempre? C'è una cosa che aumenta sempre, pensa Bekenstein.

Se io prendo due buchi neri e li faccio fondere insieme, ho che l'area, la somma delle aree dei due buchi neri, Quando ottengo un buco nero, ottengo un buco nero che ha un'area complessiva che è maggiore della somma delle due aree. Quindi l'area dei buchi neri aumenta sempre. E questo lo fa pensare Bekenstein e dice guarda, c'è una cosa a cui tutti credono fermamente, cioè che l'entropia aumenta sempre e c'è un'analoga cosa nella fisica dei buchi neri che aumenta sempre. e la loro area.

Tra l'altro, adesso che abbiamo le onde gravitazionali, che possiamo misurare l'area dei singoli buchi neri e poi anche della loro somma quando sono fusi, abbiamo una prova provata che questo è vero. Noi possiamo misurare le aree dei singoli buchi neri e l'area dei buchi neri fusi. L'area del buco nero dei fusi è maggiore della somma dei due buchi neri. Quindi la superficie del buco nero non diminuisce mai. E quindi io immagino una, non lite, ma una discussione tra questi tre personaggi che sono Hawking, Bekenstein e il suo relatore...

E Hawking cosa dice? Hawking non crede a questa cosa, dice che l'analogia tra l'area del buco nero che aumenta sempre e l'entropia che aumenta sempre è una pura coincidenza, non c'è niente sotto, è coincidenza e basta, non c'è niente di fisico. Peckinstein dall'altra parte dice non sono d'accordo, no.

La seconda legge della termodinamica che è quella che dice che l'entropia aumenta sempre. È valida in tutto l'universo, dappertutto. Perché mai i buchi neri dovrebbero fare un'eccezione a questa legge sacra?

Quindi io credo fermamente che l'area del buco nero sia analoga all'entropia o addirittura che sia una misura dell'entropia del buco nero. E Willer dice, ma sai, Jakov, con il suo solito fare ironico, la tua idea è così pazza che potresti anche aver ragione. Cioè non è pazza poco, è pazza tanto.

E quando un'idea è pazza tanto, la probabilità che si abbia ragione, ovviamente se riesce a concludere, a risolvere un problema importante della fisica come era. E Hawking finisce e dice, ma scusate un po', Ma se è vero che il buco nero possiede un'entropia, dice questo credendo di fare il furbino, se avesse entropia allora dovrebbe avere anche una temperatura, perché temperatura e entropia si parlano tra di loro, e quindi se il buco nero avesse una temperatura dovrebbe emettere, quindi non sarebbe più nero. Che cosa mi state dicendo?

E non può irraggiare. quindi non può avere una temperatura quindi non può avere un entropia e quindi è vero che l'entropia si perde nei buchi neri e però passa poco tempo solo qualche anno che lo stesso Hawking trova che ci sono delle altre analogie tra quello che succede nei buchi neri e quello che succede nella termodinamica. Non è solo l'area che aumenta e così via. E quindi fa un articolo sulle quattro leggi della meccanica dei buchi neri che assomigliano ai quattro principi della termodinamica. Anche se non crede ancora che siano la stessa cosa, crede ancora che siano una coincidenza, però comincia a pensarci.

E finalmente, negli anni tra il 73 e il 74, succede che, dovete sapere che uno degli studenti sempre di Wheeler era Kip Thorne. Kip Thorne è uno degli scopritori delle onde gravitazionali, per questo ha preso il Nobel. E è anche uno degli sceneggiatori del film Interstellar e per questo ha preso l'Oscar. Quindi è una delle pochissime persone che si è preso sia il Nobel che l'Oscar.

Un'altra persona molto famosa che ha preso tutte e due è Bob Dylan, che ha preso il Nobel per la letteratura e l'Oscar per una colonna sonora di un film che ha fatto. O chi incomincia a pensare, per la prima volta, a quello che può succedere, dovuto alla meccanica quantistica, nei dintorni di un buco nero. Non dentro il buco nero, questo è proibitivo. ancora adesso è proibitivo, non sappiamo cosa succede dentro, ma appena al di fuori del raggio di non ritorno. È confortato da questo, da un pensiero, che è vero, che è questo.

Noi abbiamo l'idea, tutti noi abbiamo l'idea, che il nulla esiste. Abbiamo l'idea, per esempio, se noi fossimo lontani da qualsiasi corpo, che il raggio, che gravita e così via, se fossimo nello spazio cosmico eccetera, potremmo dire che qui, in questo momento, alle 9.00, quello che è, non c'è niente, c'è nulla. Invece la meccanica quantistica proibisce questo.

Non può essere vero, non si può dire in questo momento. Qui e qui c'è il nulla, perché questo contraddirebbe il principio di indeterminazione di Heisenberg. Heisenberg ha fatto due principi che sono uno l'equivalente dell'altro e ha detto guardate che non si può dire che qui e in questo momento c'è zero energia non si può, la fisica e la natura proibisce questo non si può neanche dire che una particella è in questa posizione e ha questa velocità esatta non si può, c'è un limite alla nostra conoscenza e lui pensa che questo limite all'inizio siamo nel 1927 antefatto è che heisenberg e schrödinger erano i portatori di due quello che sembrava essere due spiegazioni della meccanica quantistica differenti heisenberg aveva delle matrici che sono delle come se fossero delle righe, colonne di numeri, parametri, e Schrödinger invece aveva un'equazione più umana che pensava alle onde, una cosa continua.

Heisenberg e Schrödinger non è che si volessero benissimo, insomma, bene, era molto, molto egocentrico Heisenberg. Schrödinger no. Comunque Heisenberg e Niels Bohr invitano Schrödinger a parlare con loro, a passare qualche giorno con loro per discutere.

Caso vuole che Schrödinger si ammala e ospite a casa di Bohr, si ammala e ha la 39 di febbre e comunque tutte le mattine i due si presentano in camera e cominciano a discutere fino a sera. Dopo una settimana sono tutti e tre esausti. Schrödinger è guarito ma parte per una serie di conferenze in America e Bohr va a sciare in Norvegia, fa le vacanze insomma.

Quindi Heisenberg si trova da solo, tra l'altro lui viveva proprio all'istituto, sulla soffitta dell'istituto di Bohr a Copenhagen, e ha tutto il tempo per pensare finalmente con calma a quello che succede e scopre che devono esistere questi principi di indeterminazione. Ma la spiegazione che ne dà lui... è che quando noi vogliamo sapere esattamente dov'è una particella, pensiamo a un microscopio, dobbiamo illuminare la particella con un fotone, della luce. Ma se la particella è molto piccola, e quindi se noi vogliamo sapere esattamente dov'è, dobbiamo usare un fotone, della radiazione, che ha una lunghezza d'onda più o meno delle stesse dimensioni. della dimensione della particella.

Se la particella è piccola, la lunghezza d'onda è piccola, la frequenza è grande, l'energia è tanta, è grande, e vanno una all'opposto dell'altra. Quindi io devo usare dei fotoni, per esempio, con i raggi X o addirittura raggi gamma, che sono capaci di interagire con questa particella, ma la spostano, perché sono fotoni di altissima energia. E dunque lui dice, è per questo che io ho, che c'è questo principio di indeterminazione.

proprio perché sperimentalmente non posso avere l'accuratezza che voglio. È contentissimo di questo principio, di questo, manda l'articolo al giornale perché si è aggiudicato. Dopo uno o due giorni torna Bohr dalla Norvegia e lui ovviamente gli racconta tutto, eccetera, e Bohr dice, Heisenberg, no, Werner, no, non hai capito niente, non hai capito niente.

accecato dalla tua rivalità con Schrödinger, tu non hai capito che il tuo principio che è vero, io ci credo, non ha questa ragione, è molto più profondo, è la natura della realtà che è indeterminata, non è una questione di andare a illuminare con i fotoni, anche se tu non la illumini per niente la particella, la particella ha questa doppia faccia non se tu vuoi sapere bene dov'è non puoi sapere che velocità e così via se tu vuoi sapere che per lì per questi tre secondi non c'è non c'è energia sbagli perché in tre secondi l'energia c'è perché 0 è una misura non puoi avere zero è una quantità definita e la natura aborre questa cosa La natura non permette questa cosa di essere completamente determinata, non ce n'è per nessuno, è la natura che è così. questa è la natura che è indeterminata e la conseguenza diretta di questo principio è che quindi nel vuoto non ci può essere il nulla, ci deve essere qualcosa, la natura obbedisce così tanto a questo principio che fa in modo che non ci sia il nulla. Se noi andiamo da qualsiasi parte dell'universo e misuriamo, vediamo che nascono e muoiono delle particelle che vengono dette virtuale tutti i momenti, tutti i momenti. E una raffigurazione dello stato di queste cose è questa piccola animazione in cui si vede questo ribollire dello spazio dove nascono e muoiono continuamente delle particelle, particelle, fotoni, qualsiasi cosa. Perché?

Perché la natura obbedisce al principio di indeterminazione. è piena quindi di quelle che vengono chiamate fluttuazioni quantistiche. Ora, uno può anche non credere a questa cosa, fino a che però uno non fa l'esperimento e la misura. E c'è stato un fisico olandese, Casimir, che negli anni 30, quando succedevano queste cose, ha ideato un esperimento ideale per provare la esistenza delle fluttuazioni quantistiche.

La cosa geniale, e anche non tanto complicata, è questa. Si prendono due lamine di metallo. Queste due lamine non sono attaccate a nessuna cosa di corrente, sono lontane da tutte le cose di gravità, eccetera.

E lui pensa che cosa deve succedere? Beh, deve succedere che le fluttuazioni ci sono sia al di fuori di queste lamine, sia al di dentro di queste lamine. Solo che... le fluttuazioni che noi pensiamo come onde, per esempio della radiazione e così via, dentro le due lamine, devono avere una particolarità. Non devono fare interferenza distruttiva tra loro stesse.

Quindi possono esistere soltanto quelle radiazioni che hanno la lunghezza d'onda tale che non facciano interferenza distruttiva. In pratica devono esistere solo le radiazioni la cui lunghezza d'onda è il numero intero. Il numero intero per la loro lunghezza d'onda è equivale alla distanza tra le due lame.

Quindi non ci sono tutte le possibili fluttuazioni dentro, ce n'è soltanto una parte. Fuori invece non abbiamo questa limitazione e quindi possono esistere tutte le radiazioni di qualsiasi lunghezza d'onda. E cosa succede quindi?

che fuori ce n'è di più che dentro. Quindi, visto che la radiazione produce una pressione, abbiamo che la radiazione fuori produce una pressione che è maggiore della pressione dentro, della radiazione dentro. Quindi le due lamine si devono avvicinare. C'è una forza che le spinge una contro l'altra.

Ora, questo ha i tempi, perché è facile da dirsi, ma a farsi. A farsi ci hanno messo un po'di anni, però nel 1996 c'è questo Steve Lamoureux che ha fatto l'esperimento e ha trovato come risultato proprio la quantità di spinta predetta dalla meccanica quantistica e dal principio di indeterminazione, incredibilmente. Quindi, quello che voglio dire, uno ci può credere o no, ma questo è vero.

Nel futuro uno può avere anche un'altra spiegazione di questa cosa. ma che deve dare lo stesso risultato. Quindi, l'applicazione convincente ce l'abbiamo già, quindi probabilmente è anche quella vera. Però l'esperimento ha un valore che è maggiore del modello della teoria.

La teoria può cambiare, il risultato dell'esperimento no. Allora, e qui abbiamo quasi finito, però, l'evaporazione. Quello che succede quindi, pensa Hawking, è che dappertutto nei dintorni del raggio di non ritorno queste fluttuazioni esistono. Queste fluttuazioni sono nel senso che è la creazione e l'anichilazione, se volete, di due particelle, che sono molto vicine.

Però se abbiamo questa creazione di particelle molto lontano dal raggio di non ritorno, fanno sempre in tempo a ricongiungersi e a sparire. ne nasceranno delle altre e così via. Se queste succedono dentro il buco nero, se cose sono dentro il buco nero, hanno tutto il tempo di farsi e di morire.

Ma se succedono a cavallo del raggio di non ritorno, abbiamo che può capitare, anche se molto raramente, che una particella nasce fuori e l'altra nasce dentro. La particella che nasce dentro ha il destino segnato, deve cadere dentro il buco nero, facendo rimanere vedova la particella fuori, che non ha più nessuno con cui ricongiungersi. e quindi non muore perché non può ricongiungersi e quindi diventa reale. Quello che vede un osservatore da fuori, quindi, è della roba, delle particelle, che sembrano uscire dalle vicinanze del buco nero e arrivare fino a lui.

Non da dentro, ma dalle vicinanze del buco nero. E chi paga per questo? Perché a questo punto l'osservatore che si vede tutti i fotoni, la radiazione, provenire dai pressi del buco nero, questa è energia, questa è luminosità, questa è potenza, qualcuno deve pagare.

E dice Hawking, chi paga è il buco nero stesso, che per dar conto di questo deve perdere energia, cioè deve perdere un po'di massa, l'equivalente di quella che vede l'osservatore fuori. Quindi, Non è vero che il buco nero rimane tale per sempre, perché può evolvere e può perdere massa. È come se evaporasse. Oddio, abbiamo detto che questo meccanismo di avere una partigiana dentro e una partigiana fuori è molto raro.

Questo si traduce in una vita, in un tempo di evaporazione che è enorme. Pensate che se il buco nero fosse di una massa solare, non lo può essere, ma se fosse, ci metterebbe un tempo, prima di evaporare completamente, uguale a 10 alla 67 anni, cioè un 1 seguito da 67 zeri in anni, cioè un tempo inconcepibile per noi. Ma questo non importa. Non importa se questo noi lo vedremo mai o no, importa il fatto di dire il buco nero evolve. Le leggi della fisica fanno sì che non è per sempre, non è un diamante il buco nero, è per sempre.

Il buco nero ha la sua evoluzione e questa evoluzione è predetta a essere tanto più veloce man mano che il tempo passa, cioè all'inizio. si ha una certa luminosità, ma man mano che il buco nero diventa piccolo, questo fatto di avere una particella fuori e una particella dentro diventa sempre più probabile e quindi la luminosità aumenta nel tempo fino a finire in un fiotto di raggi gamma e non rimane più niente, non rimane più niente di questo buco nero. Abbiamo visto che il tempo con cui...

Questo buco nero evapora, è proporzionale alla massa al cubo e quindi se noi avessimo dei buchi neri molto piccolini, questo tempo sarebbe molto minore. Allora Hawking si chiede quale deve essere la massa di un buco nero perché evapori del tutto proprio adesso? E la risposta è che deve avere una massa più o meno uguale al Monte Everest.

Un milione, scusate. un miliardo di tonnellate. Se avessimo un buco nero di questa massa, allora avremmo che evaporò proprio adesso, nel nostro periodo, non adesso adesso, ma insomma.

Quanto deve essere grande questo buco nero? Si possono fare i conti ed è più o meno quella dimensione di un protone. Dentro un protone c'è un miliardo di tonnellate e adesso non si possono più fare buchi neri di questa talfate. però ho chi pensa però c'è un altro periodo dove i buchi neri classici sono la fine delle stelle e così via ma una volta appena dopo il big bang avevamo una densità enorme e probabilmente non era completamente omogenea questa densità c'erano dei pezzettini universo dove la densità era un pochino più grande e lì si potevano formare questi mini buchi neri che lui stesso chiama primordiali.

che potrebbero quindi avere una massa molto piccola e sufficiente perché l'evaporazione avvenga proprio adesso, 13,8 miliardi di anni dopo. E che come li potrei vedere io? Li potrei vedere vedendo questo fiotto di raggi gamma. Da qualsiasi parte nel cielo, in posizioni impredicibili, dovrebbero esserci dei fiotti di raggi gamma.

Vediamo delle sorgenti così fatte. Sono i gamma ray burst che però hanno una spiegazione molto convincente, completamente diversa. Finora quindi non c'è traccia di esplosioni di raggi gamma che hanno questa origine. Quindi noi non sappiamo ancora se ci sono questi buchi neri primordiali o no.

Il completamento di quello che vi devo dire oggi è che se ripendiamo il discorso del fatto che c'era la spazzatura che veniva buttata dentro al buco nero e questo faceva sì che non si sapeva più se era spazzatura, se erano portaerei o se erano lavatrici. E nel 1983 Hawking stesso dice, ma questo è un effetto importante, non è solo una cosa tanto per dire. Vuol dire che c'è un altro principio fortissimo che viene a mancare. L'altro principio fortissimo è la conservazione dell'informazione.

La informazione deve conservarsi secondo i fisici ortodossi, diciamo. E in una conferenza Hawking dice no, non è vero, nei buchi neri l'informazione non si conserva. Poi ci sono i fisici ortodossi, tra cui Susskind e John Preskill, che saltano sulla sedia e dicono non può essere vero.

Non ci crediamo, questo assolutamente non può essere vero. Sarebbe per motivi complicati la morte della meccanica quantistica. E quindi questo non può essere, non può essere. Non sappiamo perché, non sappiamo come, ma sicuramente questo non può essere.

E quindi nasce quella che Susskind in un libro ha scritto, La guerra dei buchi neri, per salvare l'universo dalla fine della meccanica quantistica, sottotitolo, che durerà 30 anni. Il principio guida dei Susskind e di Preskill è che l'informazione non può morire mai, l'informazione è per sempre, non è come i buchi neri che devono finire, l'informazione è per sempre. E quindi si creano due squadre in lotta, c'è Preskill e Susskind da una parte e Hawking e Kip Thorne dall'altra.

Cosa fanno i fisici quando ci sono cose così contrapposte? Una scommessa. Hawking ne ha fatte tante di scommesse, le ha perse tutte.

Almeno questa però, no, aveva voglia di vincerla e comincia a pensarci. E anche l'altra squadra però non sta ferma e comincia a pensarci, no? E tanto per essere chiaro, no? Quindi se è vero che i buchi neri non hanno capelli, vuol dire che anche se fossero fatte di cabine del telefono, lavatrici, lampadine da una parte e dentifrici, spazzolini e altre cose dall'altra, con la stessa massa uno non avrebbe nessuna possibilità di sapere che cosa c'è dentro e che cosa è successo. Quindi perché?

Perché se hanno solo la massa e la rotazione, non c'è altro. E com'è andata a finire questa storia? Questa storia ha una fine, eh? Fa di preannuncio.

Allora, Saska incomincia a pensare a un paradosso che era già ben conosciuto da tutti i fisici della relatività generale, e cioè che la gravità è capace di rallentare il corso del tempo. Anche questo... è stato sperimentato, certificato, non ci sono dubbi e a riprova di ciò abbiamo che Google Map e tutti i navigatori satellitari devono tener conto di questo, altrimenti vi mandano a sbattere. Quindi questo lo proviamo tutti i giorni, noi tutti, più volte al giorno, tutte le volte che usiamo il navigatore. Quindi, come vi ho detto, questo è assodato.

Magari in futuro ci sarà un'altra teoria che mi può spiegare, ma questo è così, è vero. Se la gravità rallenta il tempo cosa succede? Succede che se io ho un'astronave che è molto lontana ed è diretta verso il raggio di non ritorno in un buco nero, cosa succede? Io all'inizio da fuori la vedo accelerare, ma a un certo punto quando è vicina, piano piano si ferma e diventa invisibile.

Diventa ferma perché la gravità è così grande lì che lo scorrere del tempo come visto da me, non come visto da uno dentro, ma come visto da me diventa grandissimo. E quindi ci mette un'infinità di tempo a muoversi e quindi sembra ferma, non solo sembra, è ferma. E non la vedo più perché la gravità è così grande che la radiazione che proviene da quelle parti è... recitata si dice come termine tecnico cioè c'è uno spostamento verso il rosso così grande che non mi arriva più energia quindi vedo della luce nera se volete invece il pilota della dell'astronave cosa vede vede che non vede nessun rallentamento nessuna fermata lui piomba dentro la singolarità dentro il buco nero oltrepassa il raggio di non ritorno e si dispera muore però va dentro.

Quindi ci sono due narrazioni del stesso fenomeno completamente diverse. Chi ha ragione? Ha ragione tutte e due.

E Susskind propone quindi una cosa simile al principio di sovrapposizione e di complementarietà della meccanica quantistica. Questa cosa ricorda il dualismo onda-corpuscolo della meccanica quantistica, cioè un elettrone è un'onda, o è una particella. E adesso noi sappiamo che è tutti e due.

Come è tutti e due, sono vere tutte e due le narrazioni dell'astronave che entra dentro il buco nero. Ma c'è un'altra cosa interessante, che è quella. Supponiamo di avere un frigorifero americano di quelli alti 2,20, che sono molto grandi, che sta cadendo dentro il buco nero.

Siccome è molto grande, relativamente parlando, 2,20 m, la base cade in piedi. che è più vicina al buco nero dell'altezza. Quindi la gravità alla base è più grande che la gravità alla sommità. E quindi quello che succede è che all'inizio tutto il frigorifero cade verso il buco nero, ma man mano che si avvicina al raggio di non ritorno abbiamo che la gravità qui è più grande che la gravità sulla sommità e quindi abbiamo che il sotto rallenta.

di più del sopra. Se la gravità rallenta il tempo, sotto la gravità è maggiore, il tempo scorre più piano. Quindi quello che vediamo noi è che il frigorifero è come una molla che viene compressa e si spiattella completamente sulla superficie del buco nero. Quindi il frigorifero in realtà noi non lo vediamo cadere dentro il buco nero.

lo vediamo spiattellato sulla superficie e come il frigorifero vedremo in transatlantico la portaerei, il dentifricio, tutto. Tutte queste cose quindi esistono ancora ma sulla superficie del buco nero, completamente spiattellati. E questo ricorda molto una olografia.

Sapete che un'olografia è una lastra fotografica illuminata in maniera particolare e quando? Venisse mai riilluminata da, per esempio, un laser, ricostruisce un'immagine tridimensionale di quello che avete riprodotto. Quindi, questa signora, vedete la fronte, vedete il lato, ma vedete anche il dietro.

Basta girarvi. E il tutto è dentro l'informazione, dentro questa rasta fotografica fatta da queste cose, scarabocchi sembrano, che sono le scarabocche dovute all'interferenza della luce e così via. Così sulla superficie del buco nero devono esistere tutte le cose codificate in questa maniera, ma è lì che c'è l'informazione, quindi l'informazione si è conservata. Uno dice, vabbè, supponiamo che sia vero, tutto vero, bello, ma ha appena detto che i buchi neri non sono per sempre perché emettono radiazione, la radiazione di Hawking evaporano, no? E la radiazione di Hawking ha una forma molto semplice.

che dipende soltanto da temperatura e non porta con sé delle informazioni. E alla fine tutto è andato in radiazione. E l'informazione, che ne è dell'informazione? Mica c'è scritto che erano transatlantici dentro la radiazione di Hawking, no?

Erano frigoriferi. Eppure adesso non ci sono più. Dove è andata a finire la radiazione? Questo è ancora un problema aperto.

Nonostante ciò, il fatto che c'è questa informazione che si sparpaglia sulla superficie è stata sufficiente a Hawking, ma non a Kip Thorne. di dire ho perso, ho perso la scommessa. E nel 2004 c'è un congresso, credo in Irlanda, dove sono presenti Preskill, Hawking e così via, e Hawking decide quindi di dare la ricompensa della scommessa. Loro avevano scommesso che se avessero vinto Preskill, Hawking gli avrebbe regalato.

una enciclopedia del baseball. Vedete qui, il Total Baseball. Perché? Perché l'enciclopedia del baseball è un concentrato delle date, dei giocatori, dei punteggi, un concentrato di dati, di informazioni. E qui vediamo Preskill che, tutto contento, esibisce questa enciclopedia come un trofeo, perché ha vinto la scommessa con Hawking.

Subito dopo, però, Hawking si pente. Perché giustamente dice, ma è stato stupido, invece di regalargli il libro dovevo prima bruciarlo e poi regalargli le cenere. Tanto l'informazione si conserva, no?

Dopo sono fatti i tuoi a ricavarla. È sempre più difficile, ma comunque si è conservato. E con questo finisco dicendo la frase iconica di Hawking, che praticamente dice, ma guardate, non state lì a guardare i vostri piedi.

Guardate in alto, guardate le stelle e sappiate che qualsiasi sia la vostra difficoltà, no? E qualsiasi sia i problemi che avete, sicuramente io, sottinteso, ne sono un esempio, se non mollate mai e quindi ci date dentro tanto, riuscirete a ottenere grandi cose. E con questo vi ringrazio. Volevo anche ricordarvi che oltre a questa conferenza che state guardando trovate le altre conferenze in descrizione, praticamente sono quelle che trovate anche su Rinascimento Culturale.

Io poi ho un mio canale dove pubblico dei brevi interventi da 10 minuti, un quarto d'ora, delle pillole di scienza che possono quindi riguardare... argomenti più specifici. E infine vi ricordo che ho scritto tre libri che sono l'astrofisica per curiosi e luce fu e l'universo come non si era mai visto. In pratica il primo libro è una serie di curiosità su come nascono le stelle, come nascono i pianeti, come nascono i buchi neri e così via. Il secondo invece prende a pretesto il fatto dello studio della luce.

che ha accompagnato sia la relatività di Einstein, sia la meccanica quantistica. Il terzo invece è un libro che vi fa vedere o vi fa conoscere che cosa si è scoperto guardando non solo la luce visibile, come da millenni l'uomo ha fatto, ma anche la radiazione ad altre lunghezze d'onda. E quello che si è scoperto è un universo molto diverso.

perché è molto più violento, pirotecnico e energetico.

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