La teoria della relatività generale di Einstein prevede che nulla di ciò che cade in un buco nero può sfuggire alle sue grinfie. Ma nel 1970, Stephen Hawking calcolò che i buchi neri dovrebbero emettere radiazioni quando viene considerata 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 che evapora", ha spiegato Kanato Goto del RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences.
Questo, tuttavia, ha portato a un paradosso. Alla fine, il buco nero evaporerà completamente, così come qualsiasi informazione sul suo contenuto inghiottito. Ma questo contraddice un detto fondamentale della fisica quantistica: che l'informazione non può scomparire dall'Universo. "Questo suggerisce che la relatività generale e la meccanica quantistica così come sono attualmente sono incoerenti l'una con l'altra", ha spiegato Goto. "Dobbiamo trovare un quadro unificato per la gravità quantistica".
Molti fisici sospettano che le informazioni sfuggano, codificate in qualche modo nella radiazione. Per indagare, calcolano l'entropia della radiazione, che misura quante informazioni vengono 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 scomparirà.
Quando i fisici combinano semplicemente la meccanica quantistica con la descrizione standard di un buco nero nella relatività generale, Page sembra sbagliarsi: l'entropia cresce continuamente man mano che il buco nero si restringe, indicando che le informazioni sono perse.
Ma recentemente, i fisici hanno esplorato come i buchi neri imitano i wormhole, fornendo una via di fuga per le informazioni. Questo non è un wormhole nel mondo reale, ma un modo di calcolare matematicamente l'entropia della radiazione, osserva Goto. "Un wormhole collega l'interno del buco nero e la radiazione esterna, come un ponte".
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 spazio-temporale con una struttura simile a un wormhole che era stata trascurata nei calcoli convenzionali", ha affermato Goto. "L'entropia calcolata utilizzando questa nuova geometria dà 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", ha spiegato Goto. "Abbiamo bisogno di una teoria della gravità quantistica".
