Nel 1975, Stephen Hawking e Jacob Bekenstein hanno dimostrato che i buchi neri emettono energia lentamente. Nel teorema dell’essenzialità la radiazione di Hawking è indipendente dal materiale che entra nel buco nero

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Il paradosso dell’informazione del buco nero suggerisce che l’informazione che passa attraverso un buco nero può essere irrimediabilmente persa una volta catturata da esso, permettendo a una moltitudine di stati fisici iniziali di evolvere in un unico stato uniforme. Le particelle e i corpi che finiscono in un buco nero contengono altresì una grande quantità di informazioni sul loro stato e sulla loro forma.

La descrizione di un buco nero

Il buco nero può essere descritto con poche variabili (massa, momento angolare e carica elettrica). Di conseguenza, non è chiaro se tutte le informazioni sulle particelle finite nel buco nero siano conservate al suo interno. In particolare, la questione cruciale è se l’informazione può essere estratta o, al contrario, viene distrutta quando il buco nero evapora gradualmente. Qualsiasi violazione della conservazione dell’informazione comporterebbe una violazione dell’unità della teoria che dovrebbe descrivere la gravità quantistica, il che è considerato innaturale.

Stephen Hawking: l’informazione che passa per un buco nero come si trasforma?

Stephen Hawking ha proposto una serie di potenziali soluzioni a questo problema. Una di queste è che le particelle possano attraversare l’orizzonte degli eventi grazie all’effetto tunnel, consentendo così il trasferimento di informazioni fuori dal buco nero. In alternativa, suggerisce che le informazioni possano uscire dal buco nero in un altro modo. Un’altra soluzione che sostiene è che i buchi neri possono essere stelle nere, cioè corpi del tutto analoghi ai buchi neri stellari, ma senza orizzonte degli eventi. Inoltre, ipotizza che l’informazione possa sfuggire attraverso un buco bianco o essere degradata dal buco nero stesso attraverso la radiazione. Nel 2015 ha elaborato una nuova soluzione matematica al paradosso, considerata definitiva e pubblicata nel gennaio 2016. Questa soluzione afferma che un buco nero conserva sempre l’informazione, pur cancellandola.

Il Paradosso dell’Informazione dei Buchi Neri

Alcune particelle lascerebbero un’impronta olografica bidimensionale sull’orizzonte degli eventi. Questa informazione parziale e caotica sopravvive e viene restituita con la radiazione. Non vengono violate né la relatività generale, né la meccanica quantistica, né la legge di conservazione dell’energia. Hawking e i colleghi Malcolm J. Perry dell’Università di Cambridge e Andrew Strominger di Harvard spiegano, nella sintesi di Strominger, che “quando una particella carica entra, un fotone viene aggiunto al buco nero”. In altre parole, il fotone prodotto dalla particella negativa che entra nel buco nero, che le fa perdere massa per annichilazione, non entra all’interno dell’oggetto.

Il fiocco di neve di informazioni che esce dal buco nero dopo che la materia lo ha attraversato

Hawking afferma che questi “capelli” o “peli” – come li chiamava Wheeler – possono essere dimostrati e visualizzati sperimentalmente e rimangono sull’orizzonte degli eventi. Sono molto piccoli e privi di massa. Se il fotone (o un gravitone alternativo è “morbido” (un “fotone morbido” con un’energia del punto zero troppo bassa per essere rilevata), il buco nero manterrà la stessa energia ma un diverso momento angolare. Ciò comporterebbe la fuoriuscita di una sorta di “fiocco di neve” con proprietà legate alla sua origine e alla sua storia. Potrebbe quindi essere possibile recuperare informazioni sugli oggetti che li hanno creati analizzando il magnetismo e gli effetti correlati dei buchi neri, senza aggirare il determinismo delle leggi fisiche.

Perdere informazioni sullo stato quantistico originale: i riferimenti alla Radiazione di Hawking

Questa soluzione presuppone che un buco nero conservi sempre le informazioni, pur cancellandole. Nel 1975, Stephen Hawking e Jacob Bekenstein hanno dimostrato che i buchi neri emettono energia a un ritmo graduale. Tuttavia, se il materiale che entra nel buco nero fosse uno in uno stato quantistico puro, la trasformazione di questo stato nello stato eterogeneo della radiazione di Hawking comporterebbe la perdita di informazioni sullo stato quantistico originale.

L’esempio dell’inceneritore: l’informazione permane

A titolo esemplificativo, si considerino due ipotetiche stelle di uguale massa, una costituita interamente da idrogeno e l’altra interamente da elio. Se dovessero evolvere in un buco nero, i risultati finali (due singolarità) sarebbero indistinguibili, rendendo impossibile ricostruire l’evoluzione temporale dei due oggetti. Al contrario, se si distrugge qualcosa in un inceneritore, le leggi della fisica permetterebbero, secondo il teorema di Liouville, di ricostruire l’oggetto iniziale. Di conseguenza, alcuni fisici sono convinti che, per qualche meccanismo sconosciuto, l’informazione in tal caso non debba essere distrutta.

Nonostante questa apparente contraddizione, Hawking era inizialmente convinto che l’informazione dovesse essere distrutta. La sua posizione è stata particolarmente contestata da John Preskill, che nel 1997 ha scommesso con lui e Kip Thorne che l’informazione non sarebbe andata perduta. Esistono diverse soluzioni potenziali al paradosso. Ai tempi odierni, anche se i nuovi strumenti per osservare i fenomeni astronomici permettono una serie di visioni alternative, l’opinione prevalente tra i fisici è che l’informazione sia preservata e che la radiazione di Hawking non sia precisamente termica, ma riceva correzioni quantistiche.

Author: Claudia Sistelli

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