Buchi neri? Sono come un ologramma

di Silvia De Stefano 04—Giu—2020 / 7:29 PM

Applicando la teoria del principio olografico ai buchi neri le loro proprietà termodinamiche sono diventate più comprensibili. Studio tutto italiano.

Ricercatori di SISSA, ICTP e INFN hanno applicato la teoria del principio olografico ai buchi neri. In questo modo, le loro misteriose proprietà termodinamiche sono diventate più comprensibili: concentrandosi sulla previsione che questi corpi hanno una grande entropia e osservandoli in termini di meccanica quantistica, è possibile descriverli proprio come un ologramma. Hanno due dimensioni, in cui la gravità scompare, ma riproducono un oggetto in tre dimensioni.

I buchi neri potrebbero quindi essere come ologrammi, in cui tutte le informazioni per produrre un’immagine tridimensionale sono codificate in una superficie bidimensionale.

Come affermato dalle teorie quantistiche, i buchi neri potrebbero essere incredibilmente complessi e concentrare un’enorme quantità di informazioni in due dimensioni, come i più grandi dischi rigidi esistenti in natura. Questa idea si allinea alla teoria della relatività di Einstein, che descrive i buchi neri come tridimensionali, semplici, sferici e lisci, come rappresentato nella prima immagine in assoluto di un buco nero che circolava nel 2019.

Per gli scienziati, i buchi neri pongono formidabili sfide teoriche per molte ragioni.

Sono, ad esempio, eccellenti rappresentanti delle grandi difficoltà della fisica teorica nell’unire i principi della teoria della relatività generale di Einstein con quelli della fisica quantistica della gravità. Secondo la relatività, i buchi neri sono corpi semplici senza informazioni. Secondo la fisica quantistica, come sostenuto da Jacob Bekenstein e Stephen Hawking, sono i sistemi esistenti più complessi perché caratterizzati da un’entropia enorme, che misura la complessità di un sistema e, di conseguenza, contiene molte informazioni.

Il principio olografico applicato ai buchi neri

Per studiare i buchi neri, i due autori del nuovo studio, Francesco Benini (professore SISSA, consulente scientifico ICTP e ricercatore INFN) e Paolo Milan (ricercatore SISSA e INFN), hanno utilizzato un’idea di 30 anni chiamata principio olografico.

I ricercatori scrivono

Questo principio rivoluzionario e in qualche modo controintuitivo propone che il comportamento della gravità in una data regione di spazio possa essere in alternativa descritto in termini di un sistema diverso, che vive solo lungo il bordo di quella regione e quindi in una dimensione in meno. E, cosa ancora più importante, in questa descrizione alternativa (chiamata olografica), la gravità non appare esplicitamente. In altre parole, il principio olografico ci permette di descrivere la gravità usando un linguaggio che non contiene gravità, evitando così l’attrito con la meccanica quantistica.

Benini e Milano hanno applicato la teoria del principio olografico ai buchi neri

Ciò che Benini e Milano hanno fatto è applicare la teoria del principio olografico ai buchi neri. In questo modo, le loro misteriose proprietà termodinamiche sono diventate più comprensibili: concentrandosi sulla previsione che questi corpi hanno una grande entropia e osservandoli in termini di meccanica quantistica, puoi descriverli proprio come un ologramma: hanno due dimensioni, in cui la gravità scompare , ma riproducono un oggetto in tre dimensioni.

Dalla teoria all’osservazione

Questo studio è solo il primo passo verso una comprensione più profonda di questi corpi cosmici e delle proprietà che li caratterizzano quando la meccanica quantistica si interseca con la relatività generale. Tutto è più importante ora in un momento in cui le osservazioni in astrofisica stanno vivendo uno sviluppo incredibile. Basti pensare all’osservazione delle onde gravitazionali dalla fusione dei buchi neri, il risultato della collaborazione tra LIGO e Virgin, o, in effetti, quella del buco nero realizzato dall’Event Horizon Telescope che ha prodotto questa straordinaria immagine.

Nel prossimo futuro, potremmo essere in grado di testare le previsioni teoriche sulla gravità quantistica, come quelle fatte in questo studio, mediante l’osservazione. E questo, da un punto di vista scientifico, sarebbe qualcosa di assolutamente eccezionale.