HAWKING ULTIMA SFIDA

IL CELEBRE SCIENZIATO HA COMPIUTO SESSANT’ANNI qual è il punto di non ritorno dello spazio formulò un’ipotesi imbarazzante e spaventosa Per il compleanno i suoi amici si sono riuniti una settimana per discutere il tema del futuro della fisica e della cosmologia CAMBRIDGE DENNIS OVERBYE. Nell’autunno del 1973 il Dr. Stephen Hawking, che ha svolto l’intera carriera accademica presso l’Università di Cambridge, si trovò intrappolato in un’ipotesi spaventosa e imbarazzante. Mentre tentava di studiare le proprietà microscopiche dei buchi neri, trappole gravitazionali da cui neppure la luce riesce a sfuggire, Hawking scoprì incredulo che essi possono liberare nello spazio energia e particelle e persino esplodere in uno zampillo di scintille ad alto potenziale energetico. In un primo tempo Hawking si astenne dal pubblicare i risultati della sua ricerca, temendo di essere in errore. Quando lo fece, l’anno successivo, sulla rivista Nature, titolò il suo articolo con un interrogativo “Esplosioni di buchi neri?”. I suoi colleghi ne furono colpiti e sconcertati e lo sono tuttora, a quasi trent’anni di distanza. Si sono riuniti a Cambridge questo mese in occasione del sessantesimo compleanno di Hawking per un workshop della durata di una settimana sul tema “Il futuro della fisica teorica e della cosmologia” e le teorie nate dall’ipotesi dello scienziato e dai risultati della sua ricerca sono state spesso al centro del dibattito.

Sono teorie che toccano pressoché tutti i concetti piùastrusi e stridenti della fisica moderna, come se Hawkins avesse previsto il futuro della fisica teorica. I buchi neri sono i protagonisti assoluti della teoria della relatività di Einstein, che spiega quella che definiamo forza di gravità come una curvatura nello spaziotempo provocata da materia e energia. Ma neppure Einstein poteva accettare l’idea che la curvatura fosse tanto estrema, nel caso ad esempio di una stella cadente, da consentire allo spazio di avvolgersi completamente intorno ad un certo oggetto come il mantello di un prestigiatore, facendolo sparire in un buco nero. La famosa scoperta di Hawking fu in parte risultato di una sfida. Lo scienziato sperava di confutare la tesi di Jacob Bekenstein, allora studente a Princeton e oggi professore all’Università ebraica di Gerusalemme, che l’area dell’orizzonte di un buco nero, il punto di non ritorno nello spazio, era misura dell’entropia di un buco nero. In termodinamica, la scienza che studia il calore e i gas, l’entropia è unità di misura del dispendio di energia o disordine, che può sembrare strano emerga nei buchi neri. Ma in fisica e informatica l’entropia è anche unità di misura del contenuto di informazioni di un sistema, il numero di bit che sarebbero necessari a descrivere il suo stato interno; in realtà un buco nero o qualunque altro sistema era come una scatola di scarabeo, quanto piùnumerose sono le lettere che contiene tante piùparole si possono costruire e tante piùpossibilità si hanno di divertirsi a creare parole senza senso. In base alla seconda legge della termodinamica, l’entropia di un sistema chiuso resta sempre uguale o aumenta e la ricerca di Hawking aveva dimostrato che l’area di superficie del buco cresceva costantemente, un processo apparentemente in accordo con tale legge. Ma Hawking, citando la fisica classica, sosteneva che un oggetto dotato di entropia doveva avere una temperatura e qualunque cosa abbia una temperatura, da una fronte febbricitante ad una stella, doveva irradiare calore e luce secondo uno spettro caratteristico. Se un buco nero non poteva emettere radiazioni, significava che non poteva avere una temperatura e quindi neppure un’entropia. Questo prima che la gravità, che dà forma al cosmo, incontrasse la teoria dei quanti, le regole paradossali che descrivono il comportamento della materia e delle forze interne ad essa. Ma quando Hawking aggiunse un tocco di incertezza quantistica al modello standard di buco nero secondo Einstein, iniziarono ad emergere delle particelle. All’inizio lo scienziato ne fu irritato, ma quando si rese conto che questa “radiazione di Hawking” avrebbe avuto lo spettro termico previsto dalla teoria termodinamica, giunse alla conclusione che la sua ipotesi era corretta. C’era però un problema. La radiazione era completamente casuale, recitava la teoria di Hawking, di conseguenza ogni dettaglio su qualunque cosa fosse caduto nel buco nero poteva venire completamente cancellato, in violazione di un venerato principio della teoria dei quanti che sostiene che sia sempre possibile riavvolgere il filmato e individuare i dettagli iniziali, ad esempio scoprire se sia stato un elefante o una Volkswagen a finire nel buco nero. Hawking suggerì che se la sua ipotesi era corretta la teoria dei quanti avrebbe forse dovuto essere modificata. I buchi neri, sosteneva alla fine degli anni ’70, distruggevano informazioni, diffondevano indeterminatezza e minavano la legge e l’ordine dell’universo. “Dio non solo gioca a dadi con l’universo”, diceva prendendo a prestito un’espressione usata da Einstein per rifiutare l’incertezza quantica, “a volte li getta dove non si vedono”. Queste affermazioni suscitarono l’attenzione degli studiosi della fisica delle particelle. Benché possa apparire strana, la teoria dei quanti rappresenta la base su cui si fonda il mondo moderno, qualunque cosa, dai transistor ai Cd, ed è il linguaggio in cui sono espresse tutte le leggi fondamentali della fisica, esclusa quella di gravità. “Non può non essere così”, ricorda di aver commentato tra sé e sé il Dr. Leonard Susskind dell’Università di Stanford. Era l’inizio di quello che Susskind definisce un rapporto “di antagonismo”. “Stephen Hawking è una delle persone piùtestarde del mondo, anzi, la persona piùesasperante dell’universo”, ha detto lo studioso al workshop, strappando un sorriso a Hawking. Nei venti anni successivi le diverse opinioni si divisero secondo precisi schieramenti. I fisici delle particelle come Susskind e il Dr. Gerardt Hooft, docente all’Università di Utrecht e vincitore del Premio Nobel nel 1999, difendono la teoria dei quanti e sostengono che l’informazione deve fuoriuscire in qualche modo, forse codificata nella radiazione. Un’ulteriore ipotesi, quella che l’informazione venga depositata in qualche nuova forma di particella elementare al momento dell’evaporazione del buco nero, sembra aver perso consensi. Gli esperti di relatività come Hawking e il Dr. Kip Thorne, suo amico, fisico al Caltech (California Institute of Technology), erano piùpropensi a credere alla capacità dei buchi neri di serbare segreti. Nel 1997 Hawking e Thorne hanno scommesso con il Dr. John Preskill, fisico delle particelle al Caltech, una serie di enciclopedie che in un buco nero l’informazione veniva distrutta. Fino ad oggi nessuna delle parti si è sentita in dovere di onorare la scommessa. (copyright “New York Times”/ “la Repubblica” Traduzione di Emilia Benghi)

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