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domenica 23 febbraio 2014

Parliamo di Fisica: I buchi neri, una realtà scientifica o fantascienza

In questa nuova chiaccherata tenteremo di capire qualcosa su i Buchi Neri. 
Questo argomento ha scatenato la fantasia di molti scrittori di fantascienza e spesso le spiegazioni pseudoscientifiche sono riuscite ad aver maggior presa sul pubblico delle vere teorie e spiegazioni scientifiche.


AAR    Buchi Neri, ma cosa sono?
SAR    Per parlare di buchi neri bisogna fare un viaggio molto impegnativo. Ma prima di intraprendere questo viaggio può essere utile rispondere ad alcune curiosità.
AAR – Allora cominciamo dal nome di questa strana entità, che ha inventato la dicitura Buchi Neri?
SAR – John Archibald Wheeler nel 1967. Un grande scienziato del 900 e grande maestro in tutti i campi della fisica. Ne sentiremo parlare
AAR – Ho letto da qualche parte che a lui si deve anche un’altra celebre frase: “«Non Correre mai dietro un autobus, una donna o una teoria cosmologica. Ce ne sarà sempre un’altra dopo cinque minuti” . Era veramente un grande scienziato ed un grande comunicatore.   
E chi ha scoperto la possibilità dell'esistenza dei buchi neri?
SAR - Karl Schwarzschild. A meno di 60 giorni della pubblicazione di Einstein della sua equazione della Relatività Generale (in realtà sono 10!), trova una soluzione esatta per il caso di un corpo sferico, es il Sole (più o meno). Era il gennaio del 1916, lui stava al fronte e sarebbe morto alcuni mesi dopo per le dure condizioni di vita al fronte. Il primo dramma nella relatività Generale.
Nella sua soluzione viene fuori che se la massa del corpo è superiore a un certo valore in funzione del suo raggio, allora nulla può sfuggirle al suo abbraccio gravitazionale, neanche la luce. Da cui  la fortunata dicitura Black Hole, che Wheeler avrebbe coniato 50 anni dopo.
Per capire e descrivere tutto questo dovremo fare un viaggio a partire da un giovane rilegatore di libri della Londra dell'ottocento il cui nome, Faraday, ritroveremo molto spesso nei libri di Fisica.
AAR – Ho capito bene che per questi buchi neri vale esattamente la legge di attrazione universale, quella della famosa mela che Newton vide cadere e capì che non era la piccola massa della mela che cadeva, ma era che la grande massa della terra che la attraeva. Chiaramente se queste “palline nere” hanno una massa enorme generano una attrazione enorme e …..ingoiano tutto.
SAR – Certo, è una spiegazione fantasiosa, ma più o meno giusta. Per capire meglio è utile andare ancora più indietro nel tempo. Andiamo nel 1796 in piena Rivoluzione Francese e più di cento anni prima di Einstein.
AAR – E cosa è successo in quell’anno?
SAR – Il signor Pierre-Simon Laplace si fa una domanda. Attenzione. Nella scienza le domande spesso sono più importanti delle risposte. Ovviamente mia opinione.      
Quale massa e raggio deve avere un pianeta o un corpo celeste per cui neanche la luce può sfuggire?
AAR –Provo a ripetere per verificare se ho capito bene. Parliamo della velocità di fuga, cioè della velocità che imprimere ad un razzo che lo trasporta per permettergli di superare la forza di attrazione terrestre
SAR - Si e questa velocità per la Terra è di circa 11 Km al secondo cioè circa 37.000 km/ora e questo ci è abbastanza chiaro.
AAR - Vorrei capire meglio quale era il problema che Laplace voleva risolvere
SAR - Laplace, che era uno tra i più grandi esperti di meccanica classica e gravità newtoniana,  si pone il problema di calcolare la massa e raggio di un corpo per cui la velocità di fuga sia superiore a circa 300.000 km/sec, ovvero quella della luce.
Dopo una rapidissima riflessione, Laplace risolve il problema con una formula . Per non entrare in lunghe spiegazioni matematiche, accettatela. L’ha calcolato il grande Laplace!     
Tenete Presente che Laplace non aveva idea di quale fosse la natura della luce, ma la sua velocità era nota e misurata con una certa accuratezza.
AAR – La formula trovata da Laplace va d’accordo con quanto con trovato da Schwarzschild un paio di secoli dopo.
SAR – I due scienziati sono arrivati in modo indipendente alla stessa formula.
Una coincidenza? Si o quasi. Quando parliamo di buchi neri la cara vecchia legge di gravitazione di Newton non si può più applicare. E' sbagliata
AAR . Newton ha sbagliato……fammi capire bene?
SAR -. Attenzione funziona benissimo per tutti i nostri scopi, comprese le missioni su Marte, le nostre cadute, la fatica di salire ......ma non per i buchi neri o per capire l'universo
AAR - Abbiamo parlato di Newton, di Gravitazione Universale e poi di cose che in certo modo sono vicine a noi, anche se parliamo di viaggi verso Marte. Ma questi studi partiti da Laplace e poi affrontati da Einstein, Schwarzschild e Wheeler ci aiutano a capire come è fatto l’Universo ed ancora questi studi ci dicono che i buchi neri sono un fatto reale, ma i buchi neri esistono? Come si vedono?
SAR - Ne parleremo più avanti. Prima dobbiamo andare a trovare il sig. Faraday ,il nostro rilegatore di libri a Londra, che ci fornirà un buon numero di nozioni che ci aiuteranno a capire.
Comunque sembra, diciamo è quasi certo, che al centro della nostra galassia, la cara Via Lattea ci sia un buco nero "pesante" circa quattro milioni di volte il nostro Sole. E’ una notizia risaputa da diversi anni. Oggi ci sono misure molto accurate, per cui l'esistenza del nostro grande Black Hole si può dare per certa 
GZ – Ho ascoltato con interesse questa introduzione storica alla conoscenza dei buchi neri. Mi farebbe piacere a questo punto capire come queste entità entrano nella vita del nostro universo.
Data per accertata l’esistenza dei buchi neri e visto che sembrerebbero degli “attrattori universali” vuol dire forse che in essi affonderebbero tutte le stelle dell’universo quasi in una forma di implosione finale e poi?
AAR – Questa domanda mi fa pensare a dei cicli lunghi miliardi di anni che vanno da un Big Bang ad una implosione in un buco nero e così via per qualche altro miliardo di anni. Quasi un ripetersi a livello cosmologico la teoria vichiana dei corsi e ricorsi storici.
GZ  –  Ed in tutto questo come deve essere considerato il fatto che le stelle, e per primo il nostro sole, continuando ad emettere energia si consumano e prima o poi, sempre tra qualche miliardo di anni, si spegneranno lasciando frammenti e scorie nello spazio intergalattico.
AAR – Buchi neri che “si mangiano” qualsiasi cosa passa vicino loro, poi le stelle che si spengono…tutto ciò fa prevedere una triste fine del mondo, da una parte una enorme quantità di scorie vaganti e dall’altra una pallina di massa infinita e raggio infinitesimo.     
Parlando seriamente, Salvatore puoi aiutarci a vedere qualche particolare di questa storia infinita o meglio come sarà il “day after”?
SAR -  Questa indagine cosmologica è molto interessante e dobbiamo affrontarla con un metodo scientifico per non rischiare di cadere nella fantascienza. Ci proverò. Anche perché dovremo abituarci a vedere i buchi nei come “normali oggetti astronomici” intorno a cui possono gravitare stelle o altri oggetti.  
AAR – Grazie Salvatore per le tue ricerche e per le spiegazioni e grazie Giorgio per i tuo stimoli alla conoscenza di questi massimi sistemi. Ci ritroviamo presto……