Secondo una nuova ricerca della SISSA, ICTP e INFN, i buchi neri potrebbero 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 che esistono in natura. Questa idea si allinea con la teoria della relatività di Einstein, che descrive i buchi neri come tridimensionali, semplice, sferico e liscio, come rappresentato nella prima immagine in assoluto di un buco nero che è circolata nel 2019. In breve, i buchi neri sembrano essere tridimensionali, proprio come gli ologrammi. Lo studio, che unisce due teorie discordanti, è stato recentemente pubblicato su Revisione fisica X .

Il mistero dei buchi neri

Per gli scienziati, i buchi neri pongono sfide teoriche formidabili per molte ragioni. Loro sono, Per 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 affermato 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 contengono molte informazioni.

Il principio olografico applicato ai buchi neri

Per studiare i buchi neri, i due autori del nuovo studio, Francesco Benini (Prof. SISSA, consulente scientifico ICTP e ricercatore INFN) e Paolo Milan (ricercatore SISSA e INFN), ha usato un'idea vecchia di 30 anni chiamata principio olografico. I ricercatori scrivono, "Questo principio rivoluzionario e alquanto controintuitivo propone che il comportamento della gravità in una data regione dello spazio possa essere descritto alternativamente nei termini di un sistema diverso, che vive solo ai margini di quella regione e quindi in una dimensione in meno. E, ma ancora più importante, in questa descrizione alternativa (detta olografica), 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."

Quello che Benini e Milan 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 più profonda comprensione di questi corpi cosmici e delle proprietà che li caratterizzano quando la meccanica quantistica si incrocia 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 Virgo, o in effetti, quella del buco nero realizzato dall'Event Horizon Telescope che ha prodotto questa straordinaria immagine. Nel futuro prossimo, potremmo essere in grado di testare le nostre previsioni teoriche sulla gravità quantistica, come quelli realizzati in questo studio, per osservazione. E questo, dal punto di vista scientifico, sarebbe qualcosa di assolutamente eccezionale.