Pruriti Scientifici: buchi neri e forza centrifuga . By Ilia Musco

Nel­l’ap­pun­ta­men­to pre­ce­den­te abbia­mo incon­tra­to il con­cet­to di buco nero e abbia­mo visto che que­sto ogget­to è il risul­ta­to più estre­mo che si può otte­ne­re con un col­las­so gra­vi­ta­zio­na­le. Se la mas­sa è suf­fi­cien­te­men­te gran­de il col­las­so da’ ori­gi­ne ad una regio­ne del­lo spa­zio-tem­po da cui nul­la può sfug­gi­re, nem­me­no la luce.

L’orizzonte degli even­ti, come vie­ne chia­ma­to il con­fi­ne di que­sta regio­ne di non ritor­no, deter­mi­na la sepa­ra­zio­ne tra due regio­ni del­lo spazio.tempo cau­sal­men­te scon­nes­se tra di loro. Que­sto vuol dire che, sic­co­me nul­la dal­la regio­ne den­tro l’orizzonte degli even­ti può usci­re fuo­ri, nes­sun even­to che acca­de all’esterno potrà esse­re cau­sa­to da qual­co­sa che avvie­ne all’interno.

Cosa avven­ga vera­men­te all’interno di un buco nero nes­su­no lo sa con cer­tez­za. La teo­ria ci dice che nul­la può rima­ne­re in equi­li­brio nel­la zona inter­na, e tut­to è desti­na­to a cade­re all’interno del­la sin­go­la­ri­tà cen­tra­le. Non cono­scia­mo però le tra­sfor­ma­zio­ni cui la mate­ria ver­reb­be sot­to­po­sta in tale situa­zio­ne in quan­to nes­su­no potrà mai tor­na­re indie­tro per raccontarcelo.

La teo­ria con­tem­pla la pos­si­bi­li­tà che ciò che entra in buco nero vada ad aumen­ta­re sem­pli­ce­men­te la sua mas­sa e le sue dimen­sio­ni, oppu­re esca da un’altra par­te, finen­do in un’al­tra regio­ne dell’universo o in un altro uni­ver­so dif­fe­ren­te dal nostro (il famo­so pon­te di Ein­stein-Rosen che si può vede­re in figu­ra). Si ha il così det­to wor­m­ho­le, cioè un buco nero col­le­ga­to ad un buco bian­co che, con­tra­ria­men­te al suo com­pa­gno, emet­te inve­ce di assorbire.

L’idea può sem­bra­re allet­tan­te da un pun­to di vista fan­ta­scien­ti­fi­co per viag­gia­re in luo­ghi sco­no­sciu­ti, ma è inu­ti­le far­si faci­li illu­sio­ni. La for­za di gra­vi­tà nel­le vici­nan­ze di un buco nero è così for­te da sbri­cio­la­re ogni pos­si­bi­le cor­po mate­ria­le che vi si avvi­ci­ni, ben pri­ma di attra­ver­sa­re l’orizzonte degli eventi.

Stu­dian­do le equa­zio­ni di Ein­stein si sco­pre che nel­la regio­ne com­pre­sa tra l’orizzonte degli even­ti e una distan­za pari a 1,5 vol­te il Rag­gio di Sch­warz­shild, lo spa­zio-tem­po è così pie­ga­to da stra­vol­ge­re appa­ren­te­men­te la dina­mi­ca di alcu­ni feno­me­ni comuni.

Acca­de per esem­pio che la for­za cen­tri­fu­ga, per defi­ni­zio­ne rivol­ta ver­so l’esterno rispet­to al cen­tro del moto, cam­bia dire­zio­ne, rivol­gen­do­si ver­so l’interno. Un cor­po che doves­se tran­si­ta­re in que­sta regio­ne si tro­ve­reb­be cioè a sen­ti­re non solo l’attrazione gra­vi­ta­zio­na­le alla qua­le cer­che­reb­be di sfug­gi­re con la sua velo­ci­tà ma anche un attra­zio­ne sup­ple­men­ta­re lega­ta al ribal­ta­men­to del­la for­za cen­tri­fu­ga che in que­sto caso diven­ta for­za centripeta.

La spie­ga­zio­ne di que­sto feno­me­no appa­ren­te­men­te para­dos­sa­le si ottie­ne uti­liz­zan­do la geo­me­tria otti­ca, secon­do cui l’interpretazione dei feno­me­ni avvie­ne in base al com­por­ta­men­to dei rag­gi lumi­no­si e non in base alla strut­tu­ra geo­me­tri­ca intrin­se­ca del­lo spa­zio tem­po. Que­sto approc­cio par­te dal fat­to che i rag­gi lumi­no­si si muo­vo­no sem­pre secon­do il cam­mi­no più bre­ve pos­si­bi­le, det­to “geo­de­ti­ca”, muo­ven­do­si lun­go il qua­le non si per­ce­pi­sce alcu­na for­za cen­tri­fu­ga o centripeta.

Nel­la real­tà quo­ti­dia­na, per osser­va­zio­ne intui­ti­va, è faci­le capi­re che que­sto avvie­ne quan­do ci si muo­ve in linea ret­ta. Ma appe­na si devia da que­sta tra­iet­to­ria facen­do anche una mini­ma cur­va, qua­lun­que osser­va­to­re in movi­men­to per­ce­pi­rà una for­za cen­tri­fu­ga che ten­de appun­to a por­tar­lo in “fuga” dal centro.

Sic­co­me la gra­vi­tà però ha l’effetto di “pie­ga­re” lo spa­zio tem­po, anche le geo­de­ti­che sono del­le linee cur­ve in pre­sen­za di un cam­po gra­vi­ta­zio­na­le (come si può vede­re dal­le linee ros­se trac­cia­te in figu­ra), e seguen­do il prin­ci­pio del­la geo­me­tria otti­ca, le tra­iet­to­rie dei fasci di luce, anche se cur­ve, all’osservatore che le per­cor­re appa­ri­ran­no dirit­te e gli effet­ti del moto che egli osser­va sono quel­li che nel­la nostra real­tà osser­via­mo muo­ven­do­ci lun­go linee ret­te. Muo­ven­do­si quin­di lun­go del­le tra­iet­to­rie geo­de­ti­che, indi­pen­den­te­men­te dal­la loro cur­va­tu­ra intrin­se­ca, non si per­ce­pi­sce alcu­na for­za centrifuga.

Il ver­so del­la for­za cen­tri­fu­ga dipen­de quin­di dal­la cur­va­tu­ra del­la tra­iet­to­ria così come vie­ne osser­va­ta dall’osservatore che la per­cor­re. Suc­ce­de quin­di che in pros­si­mi­tà di un buco nero ciò che per un osser­va­to­re ester­no lon­ta­no appa­re come l’interno del­la regio­ne, sia inve­ce per­ce­pi­to come l’esterno dall’osservatore in moto in quel­la regione.

Da un cer­to pun­to di vista lo spa­zio tem­po in pros­si­mi­tà di un buco nero è rivol­ta­to come un guan­to: l’interno si com­por­ta come l’esterno e vice­ver­sa, sov­ver­ten­do com­ple­ta­men­te il com­por­ta­men­to intui­ti­vo del­le più ele­men­ta­ri leg­gi del moto.

Il para­dos­so del ribal­ta­men­to del­la for­za cen­tri­fu­ga quin­di è solo appa­ren­te per­ché con­si­de­ra­to dal pun­to di vista di un osser­va­to­re ester­no, ma tale non è inve­ce per l’osservatore in moto che per­ce­pi­sce il fenomeno.

In altre paro­le, seguen­do i com­por­ta­men­ti del moto in base alla geo­me­tria otti­ca e accet­tan­do l’idea che la real­tà è deter­mi­na­ta nei suoi com­por­ta­men­ti da come la per­ce­pia­mo, tut­to acqui­sta un sen­so in quan­to è il com­por­ta­men­to dei fasci di luce, la più pura for­ma d’energia che pos­sia­mo osser­va­re nel­la real­tà fisi­ca, a dir­ci come per­ce­pia­mo la real­tà, indi­pen­den­te­men­te dal­la cur­va­tu­ra intrin­se­ca del­lo spa­zio tempo.

Un esem­pio for­se un po’ com­ples­so per mostra­re come la real­tà e le sue leg­gi non sono così asso­lu­te come ci potrem­mo aspet­ta­re dal nostro pun­to di vista, per quan­to dif­fu­so e accet­ta­to, ma sono inve­ce sem­pli­ce­men­te rela­ti­ve, sog­get­ti­ve, dipen­den­ti cioè dal pun­to di vista dell’osservatore, il qua­le in un cer­to sen­so crea la pro­pria realtà.