I buchi neri sono tra i più affascinanti e inquietanti oggetti dell'universo, ma fortunatamente non costituiscono un pericolo per l'umanità, vista la notevole distanza dal nostro pianeta. Cosa succederebbe però se così non fosse, e, in un assurdo (ma nemmeno più di tanto) what if, un buco nero comparisse sul pianeta Terra, magari in un laboratorio? Nel frattempo, se volete scoprire altri "What If", vi rimandiamo ai nostri speciali su: "Cosa succerebbe se la Terra smettesse di girare?" e "Cosa succederebbe al nostro pianeta se scomparisse la Luna?".
Buchi neri artificiali
Prima di tutto dobbiamo occuparci della questione più interessante e concreta: è possibile creare un buco nero in laboratorio? Beh, la risposta è sì (con alcuni se), e non è nemmeno troppo complicato. Partiamo dalle basi: la caratteristica fondamentale di un buco nero è la densità, una gigantesca densità derivante da una sufficiente quantità di massa concentrata in un piccolo spazio. Tutti i buchi neri che abbiamo osservato sinora sono stati generati dal decadimento di una stella che, giunta al termine del proprio ciclo vitale, collassa sul proprio nucleo per formare appunto un buco nero. Dunque, tali oggetti sono dotati di una massa gigantesca, tra 3 e 10 volte la massa del Sole, e questi sono soltanto i "fratellini" dei cosiddetti buchi neri supermassivi, veri e propri titani solitamente al centro di galassie (ce n'è uno anche al centro della Via Lattea!) la cui massa è invece compresa tra un milione e un miliardo di volte la massa del Sole. L'esperienza derivante dall'osservazione spingerebbe quindi a pensare che tutti i buchi neri debbano essere dotati di grande massa, ma non è in realtà così, a priori.
L'ipotesi dell'esistenza di buchi neri la cui massa possa essere inferiore di quella di una stella venne avanzata da Stephen Hawking nel 1971, motivata dal fatto che, secondo la teoria corrente, un buco nero può avere una massa qualsiasi, purché superiore alla massa di Planck, 22.1 microgrammi. La conditio sine qua non per la genesi di un buco nero è infatti la densità, che deve essere tale da porre una velocità di fuga (dalla regione in cui la massa è concentrata) superiore alla velocità della luce, ma d'altronde questa si potrebbe raggiungere concentrando una massa minore di quella stellare in una regione sufficientemente piccola.
Ciò che davvero stupisce però è che, se consideriamo alcune ipotesi aggiuntive come l'esistenza di ulteriori dimensioni spaziali, potrebbe essere possibile generare un buco nero persino in seguito alle collisioni di particelle, che quotidianamente avvengono in acceleratori come il LHC del CERN di Ginevra. Per il momento non siamo mai riusciti ad osservare un vero e proprio buco nero creato in laboratorio, ma siamo riusciti ad osservare quelli che sono stati chiamati buchi neri sonici. Jeff Steinhauer e colleghi del Technion Insitute of Technology di Israele hanno infatti "costruito" gli analoghi dei buchi neri dal punto di vista acustico: fononi, analoghi acustici dei fotoni, intrappolati in un fluido in rapido movimento.
Il motivo per cui tale modello rappresenterebbe l'analogo di un buco nero è che il punto in cui la velocità del fluido supera la velocità locale del suono si comporta in maniera speculare all'orizzonte degli eventi di un buco nero, ovvero non lascia scappare i fononi al centro. L'importanza di questo esperimento sta nel fatto che Steinhauer e co. sono riusciti ad osservare che qualcosa riusciva in realtà ad evadere dalla prigione sonica: l'analogo acustico di un fenomeno mai rilevato strumentalmente in campo astronomico, la radiazione di Hawking. Ovviamente il modello in questione non aveva le caratteristiche di un vero e proprio buco nero, e quindi non possiamo sfruttarlo per ottenere una risposta alla domanda iniziale di questo articolo.
Le conseguenze della creazione di un buco nero
Abbiamo dunque visto che, con delle ipotesi aggiuntive, sembra possibile produrre un buco nero in laboratorio. Assumiamo dunque che dopo una collisione tra particelle dell'LHC venga dunque prodotto un buco nero come effetto collaterale, cosa succederebbe? Il corpo nero comincerebbe a ingoiare l'acceleratore, gli scienziati, l'intero CERN di Ginevra e lentamente la Terra? No, niente di tutto questo. Abbiamo accennato prima alla radiazione di Hawking, e proprio questa potrebbe essere la nostra "salvezza". La radiazione di Hawking è un fenomeno mai osservato sperimentalmente, ma ampiamente previsto dalla teoria: in poche parole, si ritiene che un buco nero emetta costantemente energia termica, e che tale, continua emissione possa portare eventualmente alla scomparsa del buco nero stesso. Ovviamente, per buchi neri generati dal collasso di corpi celesti "l'evaporazione" avverrebbe con tempi biblici, ma per un buco nero derivante dallo scontro tra due particelle essa durerebbe una frazione infinitesimale di secondo, senza inoltre provocare alcun effetto tangibile sull'ambiente circostante. Non ci sarebbe quindi assolutamente niente da temere, almeno in questo caso.
La scala e le dimensioni di un buco nero sono però fondamentali per analizzare i risvolti della sua comparsa. Per esempio, allontanandoci sempre di più dalle riflessioni e lanciandoci in vere e proprie ipotesi fantascientifiche, cosa succederebbe se in un laboratorio da qualche parte nel mondo, qualche scienziato riuscisse a creare un buco nero la cui massa fosse equivalente a quella di una moneta da un euro? In questo caso stiamo naturalmente parlando di un buco nero molto più massivo del precedente, quindi è lecito aspettarsi che le conseguenze possano essere ben più disastrose, ed infatti è così. Anche in questo caso, la radiazione di Hawking farebbe scomparire il buco nero in frazioni infinitesimali di secondo, ma non in maniera silenziosa.
Il buco nero "scomparirebbe" infatti sotto forma di energia termica, la radiazione appunto, ma stavolta questa non sarebbe affatto trascurabile. Per calcolare, in maniera approssimativa, a quanta energia corrisponderebbe la radiazione emessa dal buco nero, dobbiamo appellarci ad Einstein ed alla sua celebre formula E=mc^2, e dunque una moneta da un euro, dal peso di 7.5 grammi, verrebbe convertita in radiazione termica da 675 TeraJoules. I numeri crudi ci dicono poco, basta però pensare che l'energia rilasciata dalle bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki, insieme, fu di circa 150 TeraJoules; quindi, l'evaporazione quasi-istantanea del buco nero del peso di una moneta sarebbe comparabile all'esplosione di otto bombe atomiche. Non esattamente uno scenario piacevole.
Dobbiamo certamente ricordare che lo scenario apocalittico di cui abbiamo discusso nell'ultimo paragrafo è davvero fantascientifico, visto che non è prevista in alcun modo dalla teoria la possibilità della creazione di un buco nero così massivo. L'unico scenario che potrebbe realmente avverarsi è quello derivante dallo scontro di due particelle, ma, oltre ad essere totalmente innocuo per l'umanità, resta comunque recondito: la teoria, ad oggi, non prevede che micro-buchi neri possano essere creati da un tale scontro. Forse in futuro, con la formulazione di nuove teorie fisiche, potrebbe diventare possibile creare un buco nero in un acceleratore di particelle, ma ancora non siamo a quel punto. Sicuramente però non dobbiamo temere quel momento, visto che non ci sarebbe alcun pericolo per l'umanità, ma anzi potremmo finalmente riuscire a testimoniare l'esistenza della radiazione di Hawking.
Cosa succederebbe se creassimo un buco nero in laboratorio?
Creare buchi neri in laboratorio è al momento fantascienza, ma cosa succederebbe qualora in futuro fosse possibile?
I buchi neri sono tra i più affascinanti e inquietanti oggetti dell'universo, ma fortunatamente non costituiscono un pericolo per l'umanità, vista la notevole distanza dal nostro pianeta. Cosa succederebbe però se così non fosse, e, in un assurdo (ma nemmeno più di tanto) what if, un buco nero comparisse sul pianeta Terra, magari in un laboratorio? Nel frattempo, se volete scoprire altri "What If", vi rimandiamo ai nostri speciali su: "Cosa succerebbe se la Terra smettesse di girare?" e "Cosa succederebbe al nostro pianeta se scomparisse la Luna?".
Buchi neri artificiali
Prima di tutto dobbiamo occuparci della questione più interessante e concreta: è possibile creare un buco nero in laboratorio? Beh, la risposta è sì (con alcuni se), e non è nemmeno troppo complicato. Partiamo dalle basi: la caratteristica fondamentale di un buco nero è la densità, una gigantesca densità derivante da una sufficiente quantità di massa concentrata in un piccolo spazio. Tutti i buchi neri che abbiamo osservato sinora sono stati generati dal decadimento di una stella che, giunta al termine del proprio ciclo vitale, collassa sul proprio nucleo per formare appunto un buco nero. Dunque, tali oggetti sono dotati di una massa gigantesca, tra 3 e 10 volte la massa del Sole, e questi sono soltanto i "fratellini" dei cosiddetti buchi neri supermassivi, veri e propri titani solitamente al centro di galassie (ce n'è uno anche al centro della Via Lattea!) la cui massa è invece compresa tra un milione e un miliardo di volte la massa del Sole. L'esperienza derivante dall'osservazione spingerebbe quindi a pensare che tutti i buchi neri debbano essere dotati di grande massa, ma non è in realtà così, a priori.
L'ipotesi dell'esistenza di buchi neri la cui massa possa essere inferiore di quella di una stella venne avanzata da Stephen Hawking nel 1971, motivata dal fatto che, secondo la teoria corrente, un buco nero può avere una massa qualsiasi, purché superiore alla massa di Planck, 22.1 microgrammi.
La conditio sine qua non per la genesi di un buco nero è infatti la densità, che deve essere tale da porre una velocità di fuga (dalla regione in cui la massa è concentrata) superiore alla velocità della luce, ma d'altronde questa si potrebbe raggiungere concentrando una massa minore di quella stellare in una regione sufficientemente piccola.
Ciò che davvero stupisce però è che, se consideriamo alcune ipotesi aggiuntive come l'esistenza di ulteriori dimensioni spaziali, potrebbe essere possibile generare un buco nero persino in seguito alle collisioni di particelle, che quotidianamente avvengono in acceleratori come il LHC del CERN di Ginevra. Per il momento non siamo mai riusciti ad osservare un vero e proprio buco nero creato in laboratorio, ma siamo riusciti ad osservare quelli che sono stati chiamati buchi neri sonici.
Jeff Steinhauer e colleghi del Technion Insitute of Technology di Israele hanno infatti "costruito" gli analoghi dei buchi neri dal punto di vista acustico: fononi, analoghi acustici dei fotoni, intrappolati in un fluido in rapido movimento.
Il motivo per cui tale modello rappresenterebbe l'analogo di un buco nero è che il punto in cui la velocità del fluido supera la velocità locale del suono si comporta in maniera speculare all'orizzonte degli eventi di un buco nero, ovvero non lascia scappare i fononi al centro.
L'importanza di questo esperimento sta nel fatto che Steinhauer e co. sono riusciti ad osservare che qualcosa riusciva in realtà ad evadere dalla prigione sonica: l'analogo acustico di un fenomeno mai rilevato strumentalmente in campo astronomico, la radiazione di Hawking. Ovviamente il modello in questione non aveva le caratteristiche di un vero e proprio buco nero, e quindi non possiamo sfruttarlo per ottenere una risposta alla domanda iniziale di questo articolo.
Le conseguenze della creazione di un buco nero
Abbiamo dunque visto che, con delle ipotesi aggiuntive, sembra possibile produrre un buco nero in laboratorio. Assumiamo dunque che dopo una collisione tra particelle dell'LHC venga dunque prodotto un buco nero come effetto collaterale, cosa succederebbe? Il corpo nero comincerebbe a ingoiare l'acceleratore, gli scienziati, l'intero CERN di Ginevra e lentamente la Terra? No, niente di tutto questo. Abbiamo accennato prima alla radiazione di Hawking, e proprio questa potrebbe essere la nostra "salvezza". La radiazione di Hawking è un fenomeno mai osservato sperimentalmente, ma ampiamente previsto dalla teoria: in poche parole, si ritiene che un buco nero emetta costantemente energia termica, e che tale, continua emissione possa portare eventualmente alla scomparsa del buco nero stesso.
Ovviamente, per buchi neri generati dal collasso di corpi celesti "l'evaporazione" avverrebbe con tempi biblici, ma per un buco nero derivante dallo scontro tra due particelle essa durerebbe una frazione infinitesimale di secondo, senza inoltre provocare alcun effetto tangibile sull'ambiente circostante. Non ci sarebbe quindi assolutamente niente da temere, almeno in questo caso.
La scala e le dimensioni di un buco nero sono però fondamentali per analizzare i risvolti della sua comparsa. Per esempio, allontanandoci sempre di più dalle riflessioni e lanciandoci in vere e proprie ipotesi fantascientifiche, cosa succederebbe se in un laboratorio da qualche parte nel mondo, qualche scienziato riuscisse a creare un buco nero la cui massa fosse equivalente a quella di una moneta da un euro?
In questo caso stiamo naturalmente parlando di un buco nero molto più massivo del precedente, quindi è lecito aspettarsi che le conseguenze possano essere ben più disastrose, ed infatti è così. Anche in questo caso, la radiazione di Hawking farebbe scomparire il buco nero in frazioni infinitesimali di secondo, ma non in maniera silenziosa.
Il buco nero "scomparirebbe" infatti sotto forma di energia termica, la radiazione appunto, ma stavolta questa non sarebbe affatto trascurabile. Per calcolare, in maniera approssimativa, a quanta energia corrisponderebbe la radiazione emessa dal buco nero, dobbiamo appellarci ad Einstein ed alla sua celebre formula E=mc^2, e dunque una moneta da un euro, dal peso di 7.5 grammi, verrebbe convertita in radiazione termica da 675 TeraJoules.
I numeri crudi ci dicono poco, basta però pensare che l'energia rilasciata dalle bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki, insieme, fu di circa 150 TeraJoules; quindi, l'evaporazione quasi-istantanea del buco nero del peso di una moneta sarebbe comparabile all'esplosione di otto bombe atomiche. Non esattamente uno scenario piacevole.
Dobbiamo certamente ricordare che lo scenario apocalittico di cui abbiamo discusso nell'ultimo paragrafo è davvero fantascientifico, visto che non è prevista in alcun modo dalla teoria la possibilità della creazione di un buco nero così massivo. L'unico scenario che potrebbe realmente avverarsi è quello derivante dallo scontro di due particelle, ma, oltre ad essere totalmente innocuo per l'umanità, resta comunque recondito: la teoria, ad oggi, non prevede che micro-buchi neri possano essere creati da un tale scontro.
Forse in futuro, con la formulazione di nuove teorie fisiche, potrebbe diventare possibile creare un buco nero in un acceleratore di particelle, ma ancora non siamo a quel punto. Sicuramente però non dobbiamo temere quel momento, visto che non ci sarebbe alcun pericolo per l'umanità, ma anzi potremmo finalmente riuscire a testimoniare l'esistenza della radiazione di Hawking.
Altri contenuti per Scienza