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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

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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

1. 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

2. 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