Nei sistemi caotici, anche un piccolo salto può provocare un effetto a cascata che influisce sul risultato finale. Questo è simile all'effetto farfalla, in cui anche un piccolo battito d'ali può portare a un uragano dall'altra parte del mondo.
I fisici teorici Douglas Stanford e Stephen Schenker hanno dimostrato che a livello quantistico, i buchi neri mostrano un comportamento caotico simile all'effetto farfalla. Apportare modifiche a un buco nero, anche piccolo come lasciarci cadere una singola particella, può modificarne il comportamento.
La chiave per comprendere questo caos è che i buchi neri non sono completamente neri. I giganti dello spazio emettono una debole foschia di particelle: i resti di coppie di particelle virtuali che appaiono costantemente nello spazio. Quando ciò accade all'orizzonte di un buco nero, alcune delle particelle possono fuoriuscire, producendo quella che oggi è nota come radiazione di Hawking. Studiarlo fa luce sulla natura caotica dei buchi neri. Stanford e Schenker ne hanno scritto in un articolo pubblicato nel Journal of High Energy Physics nel 2014.
Immagina di lanciare un elettrone in un buco nero: una piccola modifica per un gigante mostruoso. Tuttavia, questa piccola cosa altera la radiazione di Hawking, proprio come una farfalla sbatte le ali e cambia direzione di una barca lontana.
Descrizione schematica della radiazione di Hawking.
L'aggiunta di una particella aumenta la massa del buco nero ed espande il suo orizzonte degli eventi, il confine oltre il quale nulla può uscire. La radiazione di Hawking che altrimenti sarebbe stata emessa rimane intrappolata all'interno del buco nero in espansione. Quello che sembrava un cambiamento minore ha conseguenze di vasta portata: puro caos.
Stanford ha ampliato questa idea. Lui, Schenker e Juan Maldacena dell'Institute for Advanced Study hanno pubblicato un articolo nel 2016 sul Journal of High Energy Physics, in cui hanno teoricamente mostrato che le conseguenze anche di un piccolo cambiamento in un buco nero aumentano il più rapidamente fisicamente possibile. Questo aumento delle conseguenze rende i buchi neri il sistema più caotico.
Studiando la connessione tra piccole particelle e buchi neri giganti, gli scienziati sperano di svelare l'intricato conflitto tra le teorie più importanti della fisica. L'obiettivo è formulare una teoria della gravità quantistica combinando meccanica quantistica e relatività generale. La loro incoerenza indica che qualcosa non va al centro di ogni teoria. Le nuove idee di Stanford sui buchi neri aiuteranno gli scienziati a trovare una soluzione.
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"Potrebbe essere una di quelle rare persone che cambiano davvero la direzione della scienza", dice Schenker. "Non vedo l'ora di scoprire se ho ragione o no."
Vladimir Guillen
