Gli ingorghi stradali? Possiamo capirli meglio... grazie ai buchi neri!

Due fisici hanno scoperto che la fisica che è alla base del funzionamento dei buchi neri può spiegare anche gli ingorghi autostradali e i conseguenti incidenti, rendendosi utile anche nella progettazione di veicoli a guida autonomi.

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a cura di Alessandro Crea

Paul M. Sutter è un astrofisico del SUNY Stony Brook e del Flatiron Institute, conduttore di "Ask a Spaceman" e "Space Radio" e autore di "How to Die in Space". Sutter ha contribuito con questo articolo a Space.com's Expert Voices: Op-Ed & Insights. Una grande ragione per cui si temono i buchi neri è che una volta entrati, non si può uscire. Ciò è dovuto all'orizzonte degli eventi, il confine oltre il quale le informazioni non possono mai sfuggire verso l'universo più ampio.

La nostra conoscenza dei buchi neri deriva dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein, ma una delle bellezze della matematica (e della fisica) è la sua universalità; una volta trovata una configurazione analoga, è possibile utilizzare lo stesso linguaggio per descriverla. E se sei mai stato bloccato in un ingorgo stradale, hai la sensazione di essere in un "buco nero da cui non puoi mai sfuggire".

Ma quell'analogia è più di una semplice sensazione di disagio. In un nuovo articolo, due fisici hanno sviluppato un modello matematico degli ingorghi stradali e hanno scoperto che potrebbero usare il linguaggio della relatività e dei buchi neri per descrivere cosa vi succede. Inoltre, questa intuizione matematica potrebbe potenzialmente fornire agli urbanisti strumenti migliori per ridurre i problemi di traffico e avvisare i conducenti prima che raggiungano gli "orizzonti degli eventi" veicolari.

Il processo è piuttosto semplice, secondo il documento, pubblicato online nel database di prestampa arXiv. Immagina una fila di auto, che viaggiano tutte nella stessa direzione e alla stessa velocità lungo una singola corsia di autostrada con una distanza fissa tra loro. Se l'auto davanti tocca i freni, la prossima auto in linea vedrà il segnale di frenata e saprà che qualcosa sta succedendo. In risposta, anche quell'auto inizierà a frenare.

Ma questo processo richiede tempo, a seconda del tempo di reazione del conducente e delle condizioni della strada. Ad esempio, se è estremamente nebbioso, potrebbe essere necessario più tempo prima che il conducente si renda conto che l'auto davanti sta frenando. Questo processo continua lungo la linea delle auto, con ognuna che riceve il segnale di frenata dall'auto di fronte a loro, ritardandole di un certo periodo di tempo e frenando.

Se le velocità sono abbastanza lente e le distanze tra le auto sono abbastanza grandi, allora questo processo non è un grosso problema. C'è un sacco di tempo per ogni auto per ottenere le informazioni e frenare prima di colpire l'auto di fronte a loro. L'intera linea di auto rallenta ma continua a muoversi. Ma cosa succede se le auto si muovono troppo velocemente? O la distanza tra loro è troppo piccola? O il tempo di reazione per ogni conducente è troppo lungo? Si ottiene un buco nero veicolare.

I buchi neri sono cassette di sicurezza delle informazioni. Al di fuori dei loro orizzonti degli eventi, le informazioni (raggi di luce, particelle, astronavi) possono propagarsi ovunque vogliano. Vicino all'orizzonte degli eventi, questo diventa una lotta. L'estrema gravità di un buco nero rende più difficile la fuga di tali informazioni. Può ancora succedere ma è necessaria molta energia.

È proprio come sulla superficie terrestre: puoi fuggire alla gravità, devi solo salire su un razzo prima e hai bisogno di molta energia per contrastare la gravità. Per quanto riguarda la luce, l'enorme gravità del buco nero risucchia sempre più energia, facendo sì che le frequenze della luce si spostino verso il basso in parti più rosse dello spettro. Più la luce è vicina all'orizzonte degli eventi del buco nero, più rossa diventa nei casi in cui riesce a sfuggire.

L'orizzonte degli eventi stesso, una voltra raggiunto, è il luogo in cui nulla può sfuggire. Ci vorrebbe una quantità infinita di energia, e dovrebbe spostarsi verso il rosso a un livello infinito, perché possa riuscire a sfuggire. Infine, tutto ciò che cerca di lasciare il buco nero non può farlo; è intrappolato, il suo contenuto informativo è bloccato lontano dal resto dell'universo.

I fisici hanno scoperto che lo stesso scenario si svolge nel loro semplice modello di traffico. Se le condizioni sono troppo difficili, appare un orizzonte degli eventi nel flusso del traffico. Semplicemente non c'è abbastanza tempo per i segnali di frenata per propagarsi lungo la linea. In effetti, le informazioni vengono "intrappolate" dietro l'orizzonte degli eventi. Le auto all'interno dell'orizzonte impareranno a conoscere i segnali di frenata di fronte a loro, ma le auto al di fuori dell'orizzonte non lo faranno mai.

Il risultato finale di questo processo è un cumulo di incidenti automobilistici. Non appena un conducente non riesce a ottenere un segnale di frenata in tempo, perché il conducente di fronte a loro non ha avuto abbastanza tempo per reagire e frenare, si schianterà contro l'auto di fronte a loro. Quindi, l'auto successiva si scontrerà con le prime due, poi la successiva e la successiva.

Questo è esattamente ciò che accade alla materia che cade in un buco nero. Poiché non può mai sfuggire, è costretto a proseguire verso il centro del buco nero, attratto dall'immensa gravità. Quel centro è la singolarità, un punto di densità infinita in cui tutta la materia che ha formato il buco nero è stata schiacciata nell'oblio.

Così vale per i buchi neri, così per il traffico: non appena appare un orizzonte degli eventi veicolari, segnala che quella singolarità, un mucchio di incidenti automobilistici, è imminente. E non è solo un'analogia divertente; i fisici hanno scoperto che questa situazione è inserita nella matematica che descrive il traffico, allo stesso modo in cui è inserita nella matematica dei buchi neri. Sapere che questa situazione può sorgere può aiutare gli urbanisti, per non parlare dei progettisti di veicoli autonomi, a prevenirlo.