I buchi neri sono da tempo al centro dell’attenzione come oggetti celesti da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Tuttavia, i fisici teorici propongono una controparte meno compresa ma altrettanto affascinante:il buco bianco .
A differenza dei buchi neri, che attraggono la materia, i buchi bianchi la respingono.
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In astrofisica, un buco bianco rappresenta un fenomeno teorico in cui la materia e la luce emergerebbero, anziché essere trascinate, da una certa area dello spazio. È l'esatto opposto di un buco nero.
Forse già sai che un buco nero è un'area nello spazio in cui la gravità è così forte che la velocità di fuga supera la velocità della luce, rendendone impossibile la fuga.
La velocità di fuga si riferisce alla velocità che un oggetto dovrebbe percorrere per poter sfuggire al campo gravitazionale di un pianeta, come la Terra, e viaggiare invece verso l'esterno nello spazio.
L'idea di un buco bianco affonda le sue radici nella soluzione del buco nero di Schwarzschild, dal nome del fisico e astronomo tedesco Karl Schwarzschild, che la formulò in risposta alla teoria della relatività generale di Einstein.
Quando Schwarzschild stava formulando le equazioni che descrivevano i buchi neri, scoprì che i buchi bianchi potevano esistere secondo le stesse leggi della fisica che governano i buchi neri.
L'estensione delle sue soluzioni per il buco nero attraverso un invariante di inversione temporale ha trasformato la singolarità del buco nero in una singolarità del buco bianco:un'area che espellerebbe la materia invece di attirarla dentro.
Nel contesto della fisica, l'inversione del tempo significa immaginare uno scenario in cui il tempo scorre all'indietro, invertendo la sequenza degli eventi.
La soluzione di Schwarzschild alle equazioni di Einstein descrive una singolarità puntiforme circondata da un orizzonte degli eventi.
La teoria della relatività generale di Einstein è una teoria sulla gravità, che la descrive non come una forza tra oggetti, come la teoria di Newton, ma come una curvatura dello spazio e del tempo causata dalla massa e dall'energia.
Secondo questa teoria della relatività generale, i pianeti, le stelle e altri oggetti massicci piegano lo spazio attorno a loro, e questa curvatura dello spazio è ciò che percepiamo come gravità.
In sostanza, gli oggetti si muovono lungo queste curve nello spazio, motivo per cui, ad esempio, la Terra orbita attorno al sole.
Una singolarità puntiforme è una posizione nello spazio in cui determinate quantità (come la densità o la gravità) diventano infinitamente grandi.
In termini più semplici, è come un punto in cui tutto ciò che possiamo concepire nell'intero universo, comprese le stesse leggi della fisica, crolla perché tutto è schiacciato in uno spazio inimmaginabilmente piccolo.
I fisici usano spesso questo concetto per descrivere il nucleo di un buco nero, dove tutta la sua massa è concentrata in un unico punto.
Un orizzonte degli eventi è essenzialmente un confine attorno a un buco nero oltre il quale nulla può sfuggire, nemmeno la luce.
Consideratelo come un punto di non ritorno; una volta che qualcosa attraversa questo confine, viene trascinato nel buco nero senza alcuna possibilità di uscirne. Ciò rende l'orizzonte degli eventi lo strato più esterno di un buco nero, definendo il limite in cui la sua attrazione gravitazionale diventa troppo forte perché qualcosa possa sfuggire.
Come teorizzato da Schwarzschild, nel curioso caso di inversione del tempo, come in un buco bianco, questo orizzonte degli eventi diventa un confine dal quale la materia e la luce possono solo scappare, non farsi assorbire.
Se si considerano i buchi bianchi come concetti nel regno della gravità classica e quantistica, queste idee si espandono ancora di più.
La meccanica quantistica, insieme alle teorie sulla gravità quantistica, prevede fenomeni come la radiazione di Hawking, in cui i buchi neri emettono radiazioni a causa di effetti quantistici vicino all'orizzonte degli eventi.
Applicando l'inversione del tempo a questi processi, alcuni scienziati ipotizzano che i buchi bianchi potrebbero emettere materia e luce in modo simile come un processo fisico che rispecchia la radiazione di Hawking.
La questione se esistano i buchi bianchi è piena di sfide. Nessuna prova osservativa supporta direttamente l'esistenza di tali oggetti nell'universo osservabile.
Tuttavia, la fisica teorica offre scenari in cui teoricamente potrebbero apparire dei buchi bianchi. Una possibilità è durante l'inflazione cosmica, o "big bang", nell'universo primordiale, dove l'espansione estrema potrebbe aver allungato le regioni dello spazio-tempo fino a creare buchi bianchi.
Un'altra idea intrigante è la teoria del grande rimbalzo, che suggerisce che il nostro universo ebbe inizio come un buco bianco formato dai resti di un universo genitore in collasso.
Andrew Hamilton, un astrofisico, propone che se i buchi bianchi esistessero, potrebbero essere resti di buchi neri supermassicci che hanno subito una trasformazione gravitazionale quantistica, invertendo i loro ruoli dall’assorbimento all’espulsione di massa ed energia. Questa teoria è chiamata gravità quantistica a loop.
Questa trasformazione potrebbe potenzialmente avvenire sotto l’influenza dell’energia oscura o della materia oscura, che sono note per influenzare l’universo. Tuttavia, i fisici non hanno ancora una chiara comprensione di come la materia oscura interagisce con le particelle fondamentali.
L’esplorazione del concetto di buchi bianchi tocca molte altre aree della fisica. Ad esempio, la lente gravitazionale, un fenomeno in cui la luce si piega attorno a oggetti massicci come i buchi neri, potrebbe applicarsi in modo simile ai buchi bianchi, alterando la nostra percezione dello spazio dietro di loro.
Inoltre, l'idea di un universo bambino, potenzialmente nato dagli strati esterni di un universo genitore attraverso un buco bianco, si collega profondamente con la teoria del multiverso, suggerendo che il nostro universo potrebbe essere solo uno dei tanti.
I buchi bianchi mettono anche alla prova la nostra comprensione dell'equilibrio termico nell'universo.
Poiché emettono anziché assorbire energia e materia, potrebbero teoricamente fungere da semi cosmici, disperdendo la densità di energia e le particelle fondamentali nell'universo, influenzando così la formazione e l'evoluzione delle galassie in modi fondamentalmente diversi dai buchi neri.
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