Un wormhole è un ponte che collega regioni lontane dell’Universo: aiuta a far luce sul mistero di ciò che accade alle informazioni sulla materia consumata dai buchi neri.

La teoria della relatività generale di Einstein prevede che nulla di ciò che cade in un buco nero può sfuggire alle sue grinfie. Ma negli anni Settanta del secolo scorso, Stephen Hawking calcolò che i buchi neri dovrebbero emettere radiazioni quando si considera la meccanica quantistica, la teoria che governa il regno microscopico. “Questa è chiamata evaporazione del buco nero perché il buco nero si restringe, proprio come una goccia d’acqua in evaporazione”, spiega Kanato Goto del RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences.

Ciò, tuttavia, ha portato a un paradosso. Alla fine, il buco nero evaporerà completamente, e così anche qualsiasi informazione sul suo contenuto ingerito. Ma questo contraddice un assunto fondamentale della fisica quantistica: che l’informazione non può svanire dall’Universo. “Ciò suggerisce che la relatività generale e la meccanica quantistica allo stato attuale non sono coerenti tra loro”, afferma Goto. “Dobbiamo trovare una struttura unificata per la gravità quantistica”.

Entra in ballo l’entropia

Molti fisici sospettano che l’informazione sfugga, codificata in qualche modo nella radiazione. Per indagare, calcolano l’entropia della radiazione, che misura la quantità di informazioni perse dal punto di vista di qualcuno al di fuori del buco nero. Nel 1993, il fisico Don Page calcolò che se nessuna informazione viene persa, l’entropia inizialmente crescerà, ma scenderà a zero quando il buco nero scompare.

Quando si combina la meccanica quantistica con la descrizione standard di un buco nero nella relatività generale, Page sembra sbagliarsi: l’entropia cresce continuamente mentre il buco nero si restringe, indicando che le informazioni sono perse.

Buchi neri e wormhole

I fisici hanno esplorato il modo in cui i buchi neri imitano i wormhole, fornendo una via di fuga per le informazioni. Non si tratta di è un wormhole nel mondo reale, ma un modo per calcolare matematicamente l’entropia della radiazione.

Quando Goto e i suoi due colleghi hanno eseguito un’analisi dettagliata combinando sia la descrizione standard che un’immagine del wormhole, il loro risultato corrispondeva alla previsione di Page, suggerendo che i fisici hanno ragione a sospettare che le informazioni siano conservate anche dopo la scomparsa del buco nero.

“Abbiamo scoperto una nuova geometria spaziotemporale con una struttura simile a un wormhole che era stata trascurata nei calcoli convenzionali”, afferma Goto. “L’entropia calcolata utilizzando questa nuova geometria fornisce un risultato completamente diverso.”

Ma questo solleva nuove domande. “Non conosciamo ancora il meccanismo di base di come le informazioni vengono portate via dalle radiazioni”, afferma Goto. “Abbiamo bisogno di una teoria della gravità quantistica.”

Fonte dell’articolo: Replica wormholes for an evaporating 2D black hole, di Kanato Goto, Thomas Hartman e Amirhossein Tajdini, 29 aprile 2021, Journal of High Energy Physics .

I wormhole sono reali?

(Sabrina Stierwalt)

Immagina se potessimo saltare verso la galassia più vicina a noi, Andromeda, e controllare che aspetto ha la nostra Via Lattea dall’esterno. Oppure di sapere se l’esopianeta simile alla Terra scoperto di recente è abitabile. 

Inviamo una sonda per controllare. La sfida principale per queste esplorazioni dello spazio non è la nostra immaginazione, e nemmeno la nostra capacità di inventare  nuove tecnologie  per rendere possibile il volo spaziale: il problema è la vastità dello spazio!

Ci sono voluti 9,5 anni perché la  navicella New Horizons  arrivasse fino a Plutone, che è ancora all’interno del nostro sistema solare. La stella più vicina (dopo il nostro Sole) è Proxima Centauri ed è a 38.000 miliardi di chilometri di distanza! Non sarebbe conveniente se l’universo ci offrisse una scorciatoia?

Cos’è un wormhole?

I fisici teorici hanno ipotizzato l’esistenza di tali scorciatoie attraverso lo spaziotempo sin dagli anni Trenta, chiamandoli originariamente buchi bianchi e infine ponti Einstein-Rosen. Un buco bianco agisce come il contrario di un buco nero emettendo energia senza permettere a nulla di entrare. I buchi neri, ovviamente, consentono alla materia e all’energia di entrare ma una volta entrati non si può più uscire. I ponti Einstein-Rosen sono diventati più comunemente conosciuti come wormhole.

Si può immaginare un wormhole come una specie di tunnel che collega due punti nello spaziotempo. Questo tunnel potrebbe essere uno scivolo rettilineo o un percorso più tortuoso. Se il wormhole è “attraversabile”, funge da scorciatoia attraverso lo spaziotempo, collegando due punti che altrimenti sarebbero molto distanti. I wormhole potrebbero collegare punti diversi all’interno di un singolo universo o possono connettere universi diversi.

Il modo più comune con cui vengono rappresentati i wormhole è immaginare di tenere in mano un pezzo di carta che rappresenta lo spazio normale. Immagina di viaggiare nello spazio come di viaggiare lungo il foglio di carta. Ora segna un punto a ciascuna estremità e piega il pezzo di carta a metà, unendo quei due punti ma senza farli toccare. Se dovessi viaggiare nello spazio normale (cioè lungo il foglio di carta) il viaggio da uno dei tuoi segni all’altro sarebbe più lungo che se ci fosse un tunnel o un wormhole che collega i due punti sulla carta attraverso il vuoto spazio tra di loro.

Ora la grande domanda: esistono davvero i wormhole?