Anomalie cosmiche by Aurélien Barrau

autore:Aurélien Barrau [Barrau, Aurélien]
La lingua: ita
Format: epub
ISBN: 9791280134615
editore: © 2024 Espress edizioni

Massima entropia

Esiste un’altra anomalia nella fisica dei buchi neri, legata alla precedente: il problema dell’entropia. L’entropia è una misura del «disordine» di un sistema. È una grandezza essenziale che presenta la caratteristica fondamentale di poter soltanto aumentare nel corso di una trasformazione. Come spiegato nel secondo capitolo di questo libro, ciò non significa altro se non che, alla fine, una configurazione disordinata è più probabile di una configurazione ordinata.

Consideriamo una sfera di materia. Immaginiamo che una calotta di luce contenente una grande quantità di energia collassi su questa sfera, così da trasformarla in un buco nero della medesima dimensione. Questo «esperimento mentale» è coerente: in linea di principio, sarebbe possibile metterlo in atto. Durante la trasformazione l’entropia aumenta necessariamente, così come stabilisce il secondo principio della termodinamica. L’entropia del buco nero è dunque più grande di quella della distribuzione iniziale di materia avente la medesima dimensione. Se questo è vero, qualunque sia la natura di questa materia, dal momento che non abbiamo avuto bisogno di precisarlo, è facile concluderne che nulla può avere – per una determinata dimensione – un’entropia più grande di un buco nero. Questo importante risultato è perfettamente corretto e anche abbastanza vertiginoso.

Il problema sorge dal fatto che i buchi neri sono oggetti molto semplici. Senz’alcun dubbio, i più semplici dell’universo. Nei casi rilevanti per l’astrofisica, essi possono essere descritti da due numeri: la loro massa e la loro velocità di rotazione. Al contrario, per esprimere con precisione lo stato di una stella occorrerebbe conoscere la posizione e la velocità dei miliardi e miliardi di nuclei che la compongono.

Ma se dunque i buchi neri sono così scarni, come fanno a costituire, allo stesso tempo, gli oggetti più entropici, cioè i più disordinati e dunque i più complessi che esistano? L’entropia misura il numero degli stati microscopici per un determinato stato macroscopico. Ma sembra per l’appunto che i buchi neri siano così elementari da avere un solo – o quasi – microstato associato a una data configurazione globale. La loro entropia assai elevata costituisce di conseguenza una terribile anomalia, non priva di legami con la precedente.

Grazie ad altri esperimenti mentali, più sottili, è possibile calcolare con esattezza il valore dell’entropia dei buchi neri. Essa è gigantesca e proporzionale all’area della loro superficie. Un solo buco nero molto massiccio possiede un’entropia più grande di quella di tutto il resto dell’universo visibile messo insieme (tranne gli altri buchi neri, naturalmente!).

Le teorie di gravità quantistica tentano di render conto di quest’entropia smisurata. Tra gli altri, uno dei modelli più convincenti consiste nell’associare il disordine dei buchi neri al loro orizzonte. Quest’ultimo non sarebbe infatti la superficie liscia di una sfera perfetta, ma piuttosto un assemblaggio di piccole placche elementari che, viste da lontano, darebbero l’illusione della semplicità. Guardando più da vicino, si manifesterebbe un insieme immenso di minuscole superfici quantistiche con la possibilità, parlando in modo figurato, di orientarsi in un grande numero di direzioni diverse. Da cui il disordine…

Riuscire a ritrovare, a partire da una descrizione microscopica dettagliata, l’entropia dei buchi neri è una sfida di estrema importanza.

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