Buchi neri, da Israele una nuova ipotesi sul mistero dell’entropia

Una ricerca condotta da uno scienziato israeliano potrebbe contribuire a risolvere uno dei più grandi enigmi della fisica teorica. Uno studio del dottor Ira Wolfson, del Braude College of Engineering di Karmiel, pubblicato sulla rivista scientifica Classical and Quantum Gravity, propone una nuova interpretazione di un problema che da oltre mezzo secolo affascina la comunità scientifica: l’origine del misterioso coefficiente che descrive l’entropia dei buchi neri.

Le origini del problema risalgono agli anni Settanta, quando il fisico israeliano Jacob Bekenstein formulò un celebre esperimento mentale: cosa accade alle informazioni contenute in un oggetto che viene inghiottito da un buco nero? Sebbene le informazioni sembrino scomparire, Bekenstein dimostrò che l’area della superficie del buco nero aumenta, intuendo un legame diretto tra tale superficie e la quantità di informazione perduta, cioè l’entropia. Successivamente Stephen Hawking perfezionò questa intuizione formulando la celebre equazione dell’entropia dei buchi neri. Al centro della formula compare un coefficiente apparentemente semplice ma rimasto a lungo enigmatico: un quarto.

Per oltre cinquant’anni quel fattore è stato utilizzato nei calcoli della fisica teorica, ma la sua origine è sempre rimasta oggetto di dibattito. Le principali spiegazioni arrivavano da modelli estremamente complessi, come la teoria delle stringhe o la gravità quantistica a loop, entrambe basate su ipotesi ancora non dimostrate sulla natura fondamentale dello spazio-tempo. Lo studio di Wolfson propone invece una spiegazione molto più essenziale. Secondo il ricercatore, il coefficiente di un quarto non sarebbe il risultato di una particolare teoria della gravità quantistica, bensì una conseguenza inevitabile della geometria del nostro universo.

La ricerca dimostra che, in uno spazio costituito da tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale, la struttura geometrica dello spazio-tempo impone naturalmente la presenza del fattore di un quarto nell’espressione dell’entropia dei buchi neri, senza ricorrere a ulteriori ipotesi teoriche. “Pur trattandosi di fisica teorica e delle basi stesse dell’universo, quindi non di una scoperta destinata a cambiare la tecnologia di domani, il valore scientifico di questo lavoro è enorme”, ha dichiarato Wolfson. “Offre ai ricercatori un punto di riferimento solido e indipendente dai diversi modelli teorici”.

Secondo lo scienziato, il risultato potrebbe avere importanti implicazioni per la ricerca della gravità quantistica, la teoria che punta a unificare la relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica. “Qualunque futura teoria dovrà necessariamente riprodurre questo coefficiente geometrico – ha spiegato – In questo senso, la nostra scoperta rappresenta una sorta di banco di prova per valutare la validità delle diverse teorie”. Il lavoro potrebbe inoltre contribuire a chiarire uno dei problemi più affascinanti della fisica contemporanea, il cosiddetto paradosso dell’informazione dei buchi neri, rafforzando il legame tra gravità, termodinamica e teoria dell’informazione. A volte, conclude Wolfson, “le risposte alle domande più grandi dell’universo possono essere racchiuse in un semplice numero: un quarto”.