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Trascrizione
I buchi neri sono le entità più potenti dell’Universo
cosi potenti da strappare intere stelle in pezzi di dimensioni di un atomo.
Solo questo basterebbe a spaventare,
ma hanno un ulteriore e terrificante proprietà,
potrebbero cancellare l’Universo stesso
[musica]
I buchi neri in poche parole
Un buco nero appare quando una quantità straordinaria di materia viene concentrata in uno spazio minuscolo
Al loro centro la gravità è quasi infinitamente forte
e qualsiasi cosa risulti essere troppo vicina viene strappata nelle sue particelle elementari
Persino la luce non può sfuggire ai buchi neri, per questo vengono percepite come sfere di oscurità
Se dovessi cadere in un buco nero non ti succederebbe nulla, almeno fino a quando non superi il suo confine: l’orizzonte degli eventi
Puoi immaginarlo come se stessi nuotando in una riva che termina in una enorme cascata
Mentre stai galleggiando, la corrente diventa sempre più veloce, anche se non riesci ancora a vedere la cascata
Potresti nuotare pacificamente fino a che, senza neanche notarlo, supereresti il punto di non ritorno
A quel punto non importa quanto tu possa notare velocemente, la corrente ti porterà ad una morte certa
Nulla può sfuggire alla corrente che porta ad un buco nero una volta esserci avvicinati troppo
Questo confine separa completamente un buco nero dal resto dell’universo: non possiamo accedervi a meno che non siamo disposti a non fare più ritorno
Quindi non abbiamo modo di sapere veramente cosa succeda dentro un buco nero
Ma abbiamo alcune idee su cosa succeda esattamente sul bordo
I buchi neri irradiano via la loro massa proprio come una pentola sul fornello perde acqua in vapore
Questa è chiamata la radiazione di Hawking
I buchi neri perdono costantemente una minuscola porzione della loro massa
un processo che è incredibilmente lento
Per un buco nero con la massa del sole ci vorrebbero 10,000 miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di anni per perdere lo 0.0000001% della loro massa
Questo succede continuamente ed ininterrottamente e mentre va avanti diventa sempre più veloce
Nel futuro molto distante quando l’ultima stella nel cielo darà morta per trilioni di anni
I buchi neri diventeranno sempre più piccoli fino ad evaportate e scomparire lasciando dietro solo un po’ di radiazione
Ma questo è un problema perché scomparendo i buchi neri potrebbero cancellare qualcosa di fondamentale: l’informazione
Informazione
2- Cosa è l’informazione?
L’informazione non è nulla di tangibile. È tipicamente definita come una proprietà della disposizione delle particelle
Cosa significa questo?
Immagina un mucchio di atomi di carbonio. Disponili in un certo modo ed otterrai del carbone
Disponili in un modo diverso ed otterrai un diamante
Gli atomi sono gli sessi, quello che cambia è l’informazione
Se lo rendiamo un po’ più complesso e aggiungiamo qualche atomo otteniamo una banana
Cambia la disposizione degli atomi ed otteniamo uno scoiattolo
I blocchi fondamentali di qualsiasi cosa nell’universo sono gli stessi.
e non importa se fanno parte di un uccello, una roccia o una tazza di caffè.
Senza l’informazione tutto nell’universo sarebbe identico
Secondo la teoria della meccanica quantistica l’informazione è indistruttibile
Può cambiare forma ma non andrà mai persa
Per esempio se bruci un pezzo di carta ottieni della cenere
Quella cenere non tornerà mai ad essere carta
Ma se fossi in grado di riprendere ogni singolo atomo di carbonio della cenere e misurare le proprietà del fumo e del calore irradiato, potresti in teoria ricostruire la carta
L’informazione della carta è ancora nell’universo, non è stata persa, è solo difficile da leggere
Se potessi in un qualche modo misurare ogni singola particella, atomo e radiazione nell’universo
Potresti tracciare e leggere tutta l’informazione esistente
ipoteticamente potresti leggere l’intera storia dell’universo fino al Big Bang
E qui i buchi neri ci fanno inciampare
L’informazione ci dice come le cose differiscono tra loro e come erano in precedenza
I buchi neri fanno l’opposto: prendono cose diverse e le rendono uguali. Distruggono l’informazione
Questo crea il paradosso dell’informazione ed è un problema serio
Il paradosso dell’informazione
È fondamentale per tutte le leggi della fisica che l’informazione non possa essere persa
Esistente o non esistente, senza informazione tutto è relativo
Quando parliamo della nostra comprensione della realtà abbiamo bisogno di oggettività
Come possiamo risolvere questo paradosso? ci sono varie possibilità
- L’informazione è persa
Per sempre irrecuperabile
Questo significa che dobbiamo annullare tutte le leggi della fisica, buttando via un sacco di cose che hanno funzionato bene fin qui e ricominciare da capo
A cosa queste nuove leggi della fisica possano somigliare o cosa rappresenterebbero per noi ci è sconosciuto
Questo è un po’ terrorizzante ma anche eccitante
- l’informazione è nascosta
forse una parte del buco nero si separa e forma un piccolo universo
L’informazione verrebbe trasferita in questo strano nuovo posto che nessuno può osservare o interagire ma non verrebbe tecnicamente persa
È come avere un hard drive rotto con dentro tutte le foto di famiglia alle quali non puoi più accedere
Certo, è bello che non siano state eliminate ma non è comunque utile
Oppure i buchi neri non scompaiono completamente alla fine del loro ciclo di vita
ma una piccola parte rimane: un diamante di informazione
Come una macchine dei clown riempita con una quantità infinita di clown di informazione
Ma c’è una terza opzione: l’informazione dopotutto è salva e non persa o nascosta
Forse abbiamo guardato per tutto questo tempo nel modo sbagliato
Sappiamo che i buchi neri intrappolano l’informazione e potrebbero eliminarla successivamente, ma non abbiamo mai pensato a cosa possano farci nel frattempo
Dove conservano l’informazione i buchi neri?
Casalinga galattica
Creiamo un buco nero con della biancheria sporca
Per prima cosa riampiamo una stanza con dei cesti di biancheria: più biancheria vuoi conservare più cesti devi mettere nella stanza
Ma prima o poi ogni singolo cesto sarà pieno e la stanza completamente riempita, non un singolo calzino in più può entrare
La stanza è alla sua massima capienza
Ma se strizzassimo i calzini con un sacco di energia e violenza la stanza collasserebbe su se stessa e formerebbe un buco nero
Ma la capienza della stanza in se non è cambiata, aggiungere altre cose o informazione è ancora impossibile
Quindi cosa succede se infiliamo ancora più biancheria dentro?
La stanza stessa si fa un pochino più grande per fare posto alla nuova informazione
Viene fuori che i buchi neri aumentano la loro superficie di un minuscolo pixel per ogni pezzo di informazione che ci infiliamo dentro
In poche parole , più informazione significa più superficie
L’informazione viene dipinta sulla superficie un po’ come succede quando lanciamo un sasso in uno stagno
Dopo che il sasso è affondato non possiamo più vederlo ma sappiamo che qualcosa è entrato dall’increspatura sulla superficie dello stagno
Anche il più piccolo buco nero può immagazzinare più informazione sulla sua superficie di quanti dati abbiamo mai creato in tutta la storia dell’uomo
Riescono a farlo conservando informazione in un tipo di pixel che è incredibilmente piccolo
I buchi neri sono l’hard drive definitivo
Questo è un po’ come prendere un libro di carta e trasformarlo in un e-book
le due cose sembrano completamente diverse ma il loro contenuto è lo stesso, è semplicemente codificato e memorizzato in un modo diverso
Ingoiando stelle e pianeti i buchi neri trasferiscono un intera libreria in un e-reader.
Questa soluzione è chiamata il principio olografico, ma se fosse corretto allora tutto quello che conosciamo dell’universo è sbagliato
L’universo è un ologramma
Se l’informazione è davvero conservata sul bordo di un buco nero
la radiazione di Hawking ha una possibilità di acquisire l’informazione codificata lì e può trasportarla via
Quindi l’informazione non viene persa quando un buco nero scompare e non abbiamo bisogno di riscrivere la fisica
Il paradosso dell’informazione è risolto
Ma abbiamo ancora bisogno di cambiare la nostra comprensione della realtà in modo fondamentale
Se ogni cosa che cade in un buco nero è conservato sulla sua superficie questo significa in pratica che un oggetto tridimensionale è codificato su una superficie piatta
Abbiamo un nome per questo: un ologramma
Un ologramma è come una fotografie 3D, un pezzo di plastica piatto che codifica una immagine tridimensionale
Un buco nero è come un ologramma perché qualsiasi cosa al suo interno è codificata nel suo orizzonte degli eventi
Una persona dentro un buco nero sperimenterà la sua solita vita tridimensionale
Ma per noi all’esterno sono tutti immagini appiattite sulla superficie del buco nero
La conseguenza di questo è controintuitiva , ma seguiteci per un momento
I buchi neri sono oggetti estremi, ma sono comunque legati alle stesse regole di ogni altra cosa
Quindi se questa folle dualità tra 2D e 3D funziona per i buchi neri allora potrebbe funzionare per l’intero universo te compreso
Poiché una persona dentro un buco nero non si renderebbe conto che sono codificati su una superficie piatta
È possibile che condividiamo lo stesso destino: potresti davvero essere steso su uno schermo piatto alla fine dell’universo
La scienza che c’è dietro è complicata e davvero strana
con degli universi giocattolo con cui giocare, la teoria delle stringhe e molta matematica
Parleremo di questo in un altro video
Indipendentemente da quale sia la vera natura dell’universo sappiamo solo che è molto strana e complicata
e dobbiamo fare ancora usare molta fisica per comprenderla
Ma i buchi neri potrebbero essere la chiave per capire la natura della realtà stessa
Questo video è stato supportato dalla swiss national science foundation e realizzata con la consulenza scientifica di Alessando Sfondrini