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Una nuova ricerca suggerisce che il materiale all'interno del buco nero potrebbe lasciare un'impronta quantistica sul campo gravitazionale al di fuori di esso. Se fosse vero, questa scoperta risolverebbe un problema di vecchia data in fisica, il paradosso dell'informazione sui buchi neri di Stephen Hawking. Nel 1970, Hawking calcolò che i buchi neri potrebbero non essere interamente strade a senso unico; potevano emettere radiazioni termiche, ora conosciute come radiazioni di Hawking. Tuttavia, questa radiazione di Hawking è semplice radiazione termica, o calore, e non trasporta alcuna informazione sull'origine del buco nero o sulla materia che era scomparsa al suo interno. In altre parole, misurare la radiazione stessa non ti direbbe nulla sulla sua storia.
Il paradosso sorge perché le leggi della meccanica quantistica sostengono che l'informazione non può essere persa; conoscere lo stato finale di un oggetto ti dà indizi sul suo stato iniziale, permettendoti di "riavvolgere il film", ha spiegato Xavier Calmet, un fisico dell'Università del Sussex in Inghilterra che ha guidato la nuova ricerca. Se un buco nero divora informazioni irrevocabilmente, queste leggi non possono essere giuste. La contraddizione rende i buchi neri il luogo ideale per testare come la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale di Albert Einstein si incastrano insieme.
"Quello che stiamo dimostrando è che le due teorie sono molto più compatibili di quanto la gente avesse immaginato, che non c'è paradosso", ha dichiarato Calmet a Live Science. L'idea che i buchi neri abbiano pochissime caratteristiche per distinguerli l'uno dall'altro è chiamata teorema senza capelli, una metafora resa popolare per la prima volta dal fisico John Wheeler. L'idea è che al di là della massa, della carica e della rotazione, i buchi neri non hanno caratteristiche distintive, per fare un paragone con i capelli, nessuna acconciatura, taglio o colore per distinguerli.
Nel loro nuovo articolo, pubblicato il 17 marzo sulla rivista Physical Review Letters, Calmet e i suoi colleghi hanno scoperto che i buchi neri possono effettivamente avere "capelli", anche se molto sottili, quindi caratteristiche distintive. I ricercatori lavorano sulla gravità quantistica, un campo che cerca di comprendere le forze gravitazionali attraverso la meccanica quantistica.
Utilizzando i calcoli sviluppati negli ultimi dieci anni, il team di ricerca ha confrontato due stelle teoriche che collassano in buchi neri della stessa dimensione, carica e spin, ma che hanno una diversa composizione chimica iniziale. Il teorema no-hair sostiene che è impossibile dire se le stelle che hanno creato questi due buchi neri fossero inizialmente diverse l'una dall'altra.
Ma i calcoli del team hanno mostrato che c'erano differenze nel campo gravitazionale intorno al buco nero. In particolare, le informazioni sulla composizione del buco nero sono state memorizzate in gravitoni, un'ipotetica particella elementare che media le forze gravitazionali nella gravità quantistica.
"Abbiamo scoperto che la gravità quantistica ci consente di trovare la differenza nel campo gravitazionale", ha spiegato Calmet. "C'è un ricordo nel campo gravitazionale di ciò che è andato nel buco nero". Ci sono sforzi per cercare informazioni che trapelano dai buchi neri. Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) sta osservando le onde gravitazionali, che sono increspature spazio-temporali create da oggetti massicci, compresi i buchi neri. Nel 2037, l'Agenzia spaziale europea prevede di lanciare tre veicoli spaziali per rilevare le onde gravitazionali dallo spazio, una missione nota come Laser Interferometer Space Antenna (LISA).
Ma gli effetti suggeriti nei nuovi calcoli sono sottili e probabilmente non sarebbero osservabili usando la tecnologia di oggi, ha affermato Calmet. Alla fine potrebbero esserci simulazioni in grado di gestire la sottigliezza. (La radiazione di Hawking non è stata osservata direttamente in un buco nero reale, anche se è stata vista nelle simulazioni di buchi neri).
I risultati hanno stimolato l'interesse della comunità fisica, ha dichiarato Calmet, anche se non si aspetta che i risultati vengano accettati immediatamente. "La maggior parte delle persone si aspettava che si sarebbe dovuto cambiare la fisica in un modo o nell'altro per farla funzionare", ha dichiarato parlando del paradosso dell'informazione sui buchi neri.
Calmet e il suo team ora sperano di utilizzare le loro scoperte per sondare ulteriormente le possibilità della gravità quantistica, che è ancora un campo con molte teorie concorrenti e nessuna risposta chiara. "Questo potrebbe aiutarci ad andare verso una teoria della gravità quantistica", ha concluso Calmet.