Nel mondo reale, il tuo passato determina in modo univoco il tuo futuro. Se un fisico sa come inizia l'universo, può calcolare il suo futuro per tutto il tempo e per tutto lo spazio.

Ma un matematico dell'Università di Berkeley ha trovato alcuni tipi di buchi neri in cui questa legge non funziona. Se qualcuno si avventurasse in uno di questi buchi neri relativamente benigni, potrebbero sopravvivere, ma il loro passato verrebbe cancellato e potrebbero avere un numero infinito di futuri possibili.

Tali affermazioni sono state fatte in passato, e i fisici hanno invocato "una forte censura cosmica" per spiegarlo. Questo è, qualcosa di catastrofico - in genere una morte orribile - impedirebbe agli osservatori di entrare effettivamente in una regione dello spaziotempo in cui il loro futuro non era determinato in modo univoco. Questo principio, proposta per la prima volta 40 anni fa dal fisico Roger Penrose, mantiene sacrosanta un'idea – il determinismo – chiave di ogni teoria fisica. Questo è, visto il passato e il presente, le leggi fisiche dell'universo non consentono più di un futuro possibile.

Ma, dice Peter Hintz, borsista post-dottorato dell'UC Berkeley, calcoli matematici mostrano che per alcuni tipi specifici di buchi neri in un universo come il nostro, che si sta espandendo a un ritmo accelerato, è possibile sopravvivere al passaggio da un mondo deterministico a un buco nero non deterministico.

Come sarebbe la vita in uno spazio in cui il futuro era imprevedibile non è chiaro. Ma la scoperta non significa che le equazioni della relatività generale di Einstein, che finora descrivono perfettamente l'evoluzione del cosmo, sono sbagliati, ha detto Hintz, un ricercatore sull'argilla.

"Nessun fisico viaggerà in un buco nero e lo misurerà. Questa è una domanda di matematica. Ma da quel punto di vista, questo rende le equazioni di Einstein matematicamente più interessanti, " disse. "Questa è una domanda che si può davvero studiare solo matematicamente, ma ha un fisico, implicazioni quasi filosofiche, il che lo rende molto bello."

"Questa... conclusione corrisponde a un grave fallimento del determinismo nella relatività generale che non può essere preso alla leggera in considerazione dell'importanza nella cosmologia moderna" dell'accelerazione dell'espansione, hanno affermato i suoi colleghi dell'Università di Lisbona in Portogallo, Vittorio Cardoso, João Costa e Kyriakos Destounis, e all'Università di Utrecht, Aron Jansen.

Come citato da Mondo della fisica , Gary Horowitz dell'UC Santa Barbara, chi non è stato coinvolto nella ricerca, ha affermato che lo studio fornisce "la migliore prova che conosco per una violazione della forte censura cosmica in una teoria della gravità e dell'elettromagnetismo".

Hintz e i suoi colleghi hanno pubblicato un articolo che descrive questi insoliti buchi neri il mese scorso sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Oltre l'orizzonte degli eventi

I buchi neri sono oggetti bizzarri che prendono il nome dal fatto che nulla può sfuggire alla loro gravità, nemmeno luce. Se ti avventuri troppo vicino e attraversi il cosiddetto orizzonte degli eventi, non scapperai mai.

Per piccoli buchi neri, comunque non sopravviveresti mai a un approccio così ravvicinato. Le forze di marea vicino all'orizzonte degli eventi sono sufficienti per spaghettificare qualsiasi cosa:cioè, allungalo finché non diventa una stringa di atomi.

Ma per i grandi buchi neri, come gli oggetti supermassicci al centro di galassie come la Via Lattea, che pesano decine di milioni se non miliardi di volte la massa di una stella, attraversare l'orizzonte degli eventi sarebbe, bene, senza incidenti.

Perché dovrebbe essere possibile sopravvivere alla transizione dal nostro mondo al mondo dei buchi neri, fisici e matematici si sono chiesti a lungo come sarebbe stato quel mondo, e si sono rivolti alle equazioni della relatività generale di Einstein per prevedere il mondo all'interno di un buco nero. Queste equazioni funzionano bene finché un osservatore non raggiunge il centro o la singolarità, dove nei calcoli teorici la curvatura dello spaziotempo diventa infinita.

Ancor prima di raggiungere il centro, però, un esploratore di buchi neri - che non sarebbe mai in grado di comunicare ciò che ha trovato al mondo esterno - potrebbe incontrare alcune pietre miliari strane e mortali. Hintz studia un tipo specifico di buco nero:uno standard, buco nero non rotante con una carica elettrica - e un tale oggetto ha un cosiddetto orizzonte di Cauchy all'interno dell'orizzonte degli eventi.

L'orizzonte di Cauchy è il punto in cui il determinismo si rompe, dove il passato non determina più il futuro. fisici, compreso Penrose, hanno sostenuto che nessun osservatore potrebbe mai passare attraverso il punto dell'orizzonte di Cauchy perché sarebbe annientato.

Come va l'argomento, mentre un osservatore si avvicina all'orizzonte, il tempo rallenta, poiché gli orologi ticchettano più lentamente in un forte campo gravitazionale. come luce, le onde gravitazionali e qualsiasi altra cosa incontri il buco nero cadono inevitabilmente verso l'orizzonte di Cauchy, anche un osservatore che cadesse verso l'interno vedrebbe alla fine tutta questa energia riversarsi nello stesso momento. In effetti, tutta l'energia che il buco nero vede nel corso della vita dell'universo colpisce l'orizzonte di Cauchy allo stesso tempo, facendo saltare nell'oblio qualsiasi osservatore che arriva così lontano.

Non puoi vedere per sempre in un universo in espansione

Hintz realizzato, però, che questo potrebbe non valere in un universo in espansione che sta accelerando, come il nostro. Poiché lo spaziotempo viene sempre più diviso, gran parte del lontano universo non influenzerà affatto il buco nero, poiché quell'energia non può viaggiare più veloce della velocità della luce.

Infatti, l'energia disponibile per cadere nel buco nero è solo quella contenuta all'interno dell'orizzonte osservabile:il volume dell'universo che il buco nero può aspettarsi di vedere nel corso della sua esistenza. Per noi, Per esempio, l'orizzonte osservabile è più grande dei 13,8 miliardi di anni luce che possiamo vedere nel passato, perché include tutto ciò che vedremo per sempre nel futuro. L'accelerazione dell'espansione dell'universo ci impedirà di vedere oltre un orizzonte di circa 46,5 miliardi di anni luce.

In quello scenario, l'espansione dell'universo contrasta l'amplificazione causata dalla dilatazione del tempo all'interno del buco nero, e per determinate situazioni, lo annulla del tutto. In quei casi – in particolare, liscio, buchi neri non rotanti con una grande carica elettrica, cosiddetti buchi neri di Reissner-Nordström-de Sitter:un osservatore potrebbe sopravvivere passando attraverso l'orizzonte di Cauchy e in un mondo non deterministico.

"Ci sono alcune soluzioni esatte delle equazioni di Einstein che sono perfettamente lisce, senza intoppi, nessuna forza di marea che va all'infinito, dove tutto si è perfettamente comportato fino a questo orizzonte di Cauchy e oltre, " Egli ha detto, notando che il passaggio attraverso l'orizzonte sarebbe doloroso ma breve. "Dopo di che, tutte le scommesse sono chiuse; in alcuni casi, come un buco nero di Reissner-Nordström-de Sitter, si può evitare del tutto la singolarità centrale e vivere per sempre in un universo sconosciuto."

certo, Egli ha detto, è improbabile che esistano buchi neri carichi, poiché attirerebbero materia con carica opposta fino a diventare neutrali. Però, le soluzioni matematiche per i buchi neri carichi sono usate come proxy per ciò che accadrebbe all'interno dei buchi neri rotanti, che probabilmente sono la norma. Hintz sostiene che liscio, buchi neri rotanti, chiamati buchi neri di Kerr-Newman-de Sitter, si comporterebbe allo stesso modo.

"Questo è sconvolgente, l'idea di poter partire con una stella carica elettricamente che collassa in un buco nero, e poi Alice viaggia all'interno di questo buco nero e se i parametri del buco nero sono sufficientemente estremali, potrebbe essere che lei possa semplicemente attraversare l'orizzonte di Cauchy, sopravvive e raggiunge una regione dell'universo dove conoscendo lo stato iniziale completo della stella, non potrà dire cosa accadrà, " Ha detto Hintz. "Non è più determinato in modo univoco dalla piena conoscenza delle condizioni iniziali. Per questo è molto problematico".

Ha scoperto questi tipi di buchi neri collaborando con Cardoso e i suoi colleghi, che ha calcolato come risuona un buco nero quando viene colpito da onde gravitazionali, e quale dei suoi toni e sfumature è durato più a lungo. In alcuni casi, anche la frequenza più lunga sopravvissuta decadde abbastanza velocemente da impedire all'amplificazione di trasformare l'orizzonte di Cauchy in una zona morta.

La carta di Hintz ha già scatenato altre carte, uno dei quali pretende di dimostrare che la maggior parte dei buchi neri ben educati non violerà il determinismo. Ma Hintz insiste che un caso di violazione è uno di troppo.

"La gente era compiaciuta da circa 20 anni, dalla metà degli anni '90, che la forte censura cosmologica è sempre verificata, " ha detto. "Sfidiamo questo punto di vista".