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Qual è la differenza tra un buco nero e un wormhole?

I wormhole sembrano buchi neri in molti modi, ma i due non devono essere confusi. La differenza più importante da tenere a mente è che i wormhole sono ancora solo supposizioni – sebbene previste nella relatività generale – mentre i buchi neri sono stati “fotografati”. Le altre differenze riguardano ciò che accadrebbe se ci “catturassi”.

In teoria, e supportato da calcoli matematici delle equazioni di Einstein, un wormhole può formare una “scorciatoia” nello spaziotempo. In altre parole, se cadi in uno di essi, potresti arrivare da qualche parte a 10 milioni di anni luce di distanza in pochi minuti o ore. Se viaggiassi così lontano alla velocità della luce senza l’aiuto di un wormhole, ci vorrebbero 10 milioni di anni per raggiungere la stessa destinazione. Ciò significa che i viaggi in altri angoli dell’universo non saranno solo possibili, ma anche facili.

Ciò sarebbe possibile perché, nella relatività generale, lo spaziotempo può essere distorto e compresso da qualsiasi materia che abbia massa – e questa distorsione è il fenomeno che chiamiamo gravità. Se potessimo comprimere lo spazio-tempo, sarebbe possibile raggiungere una distanza maggiore e viaggiare di meno.

(Foto: Riproduzione / MA Garlick / Wikipedia Creative Commons)

Forse un confronto utile è un gioco da tavolo in cui il numero che ottieni sui dadi corrisponde al numero di quadrati che puoi passare. Diciamo che questi quadrati hanno un’area di 2 cm² e devi attraversare 50 quadrati per arrivare alla fine del tabellone, quindi in questo caso il tabellone è lungo 100 cm per poterlo attraversare. Ma in qualche modo riusciamo a comprimere le case – come se fossero fatte di spugna – tra i numeri 2 e 49 fino a raggiungere tutte una dimensione di 5 cm².

Se riusciamo a farlo senza perdere il 50° posto, possiamo arrivare al 50° posto prendendo solo 3 al dado. Raggiungiamo la fine del tabellone senza accelerare a quanto consentito dalle leggi della fisica. Può sembrare un imbroglio, ma la relatività generale lo consente, almeno in matematica. Lo spaziotempo può essere distorto più o meno come quei quadrati con lastre di gommapiuma. Certo, lo spazio-tempo è un po’ più complicato di una spugna, ma le nostre menti trovano difficile immaginare che ciò accada nell’universo reale.

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Un wormhole è molto simile a un tunnel con due estremità, ciascuna in punti separati nello spaziotempo. Se visualizziamo lo spazio come una superficie bidimensionale, un wormhole apparirebbe come un buco in quella superficie, formerebbe un “tubo” e poi riapparirebbe in un altro buco. Tuttavia, se fossi su una nave ed entrassi in un wormhole, probabilmente non te ne accorgeresti, perché questo “tubo” non ha pareti. È una distorsione nello spazio proprio come qualsiasi altro campo gravitazionale.

La differenza tra un buco nero e un wormhole

(Foto: Riproduzione/ESO/L. Marciapiede)

Se avessimo un oggetto di densità infinita in un punto più piccolo della particella, quell’oggetto sarebbe probabilmente qualcosa noto come singolarità. La sua ridicola densità causerà un’assurda distorsione dello spaziotempo, quindi gli oggetti circostanti saranno attratti fino a questo punto. Per scappare, sarebbe necessario superare la velocità della luce, e dall’altra parte non ci sarebbe via d’uscita – solo la singolarità, che sarà sempre in futuro. Questa è la definizione semplificata di buco nero.

Come accennato in precedenza, in qualche modo sono simili ai wormhole. Entrambi sono molto densi e hanno una forza gravitazionale straordinaria. Tuttavia, nulla può uscire da un buco nero dopo aver superato il suo orizzonte degli eventi, mentre un wormhole è in grado di ingoiare oggetti da un lato e sputarli dall’altro.

In altre parole, tutto ciò che entra in una delle “bocche” del wormhole può uscire dall’altra. Quindi ci sono una serie di possibilità, come i wormhole che portano ad altre galassie e forse anche ad altri universi. C’è anche la possibilità che questo tunnel sia effettivamente più lungo della distanza tra la tua bocca e ti porti su Marte in un viaggio di 70 anni, mentre un viaggio convenzionale richiederebbe circa tre mesi.

La probabilità è affascinante e non c’è da meravigliarsi che abbia occupato le menti di molti scienziati dalla pubblicazione della relatività generale, quasi 100 anni fa. Questo concetto è diventato popolare anche nella fantascienza, dopotutto, se c’è un modo per creare un ponte che ci porterà ad altre galassie in pochi giorni o anni, l’umanità può finalmente viaggiare verso altre stelle e diventare una specie interstellare!

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(Foto: Riproduzione / Wikipedia Creative Commons)

Ma forse questi viaggi non sono così facili. Altre teorie affermano che i wormhole possono ingoiare, cioè attirare, oggetti attraverso la bocca. Se ciò accade, i due oggetti si incontreranno a metà e si scontreranno (questo evento non accadrà mai in un buco nero). Il risultato di questa collisione sarebbero sfere di plasma che si espandono verso l’esterno da entrambe le bocche del wormhole quasi alla velocità della luce. Non sembra un’autostrada molto sicura per i viaggi intergalattici!

Ci sono altre possibilità che renderebbero più difficile per gli umani espandere l’universo attraverso un wormhole. Ad esempio, se qualcuno fosse apparso proprio di fronte a te, molto probabilmente sarebbe dinamico e instabile e si sgretolerebbe all’interno prima ancora che tu capissi cosa stava succedendo. Un’altra caratteristica poco interessante per chi vuole passare liberamente attraverso il tunnel intergalattico è che i wormhole, se esistono, sono microscopici, poiché questi oggetti richiedono una quantità di energia inimmaginabile.

Se tutto va bene con il wormhole e puoi attraversarlo, potresti non essere in grado di uscire. Se le teorie secondo cui ciascuna delle bocche del corpo può solo ingoiare – e mai sputare – sono vere, verrai mandato dall’altra parte e poi risucchiato nella bocca in cui sei entrato. Quindi viene tirato indietro dall’altra parte e si muoverà avanti e indietro, come una pallina da ping-pong, finché non muore nel punto centrale. Beh, almeno darò un’occhiata all’altro lato del wormhole, che potrebbe essere una galassia incredibile, o anche un altro universo.

Un buco nero in un wormhole

Questa è una simulazione dell’interazione tra due buchi neri; È difficile concludere come sarebbe tra un buco nero e un wormhole (Foto: Reproduction/Goddard Space Flight Center/Schnittmann/Brian Powell)

Se un buco nero cinque volte la massa del Sole cade in un wormhole (stabile e attraversabile) di 200 masse solari, con un wormhole (la regione centrale del tunnel tra le due bocche) 60 volte più grande del buco nero, dice , accadrà una serie di strani eventi Modelli teorici presentati di recente. Le prime saranno onde gravitazionali diverse da tutte quelle rilevate finora.

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Quando due buchi neri si muovono a spirale l’uno verso l’altro, le loro velocità orbitali aumentano, con l’aumento della frequenza delle onde gravitazionali, ed emettono un sibilo acuto. In un vortice da un buco nero verso un wormhole, il sibilo sarà molto simile, ma il segnale gravitazionale dal buco nero scomparirà rapidamente, poiché la maggior parte delle onde gravitazionali uscirà dall’altra parte del wormhole.

Se il buco nero esce dall’altra bocca del wormhole, il suono sarà “anti-squittio” e la frequenza delle onde gravitazionali del buco nero diminuirà man mano che si allontana dal buco nero. Si scopre che la gravità di entrambi gli oggetti e la mancanza di velocità di fuga hanno probabilmente causato il flusso continuo del buco nero dentro e fuori ogni wormhole, generando un cerchio di sibili e anti-squittio.

Queste congetture sono puramente teoriche, ma è davvero bello usare la relatività generale per far funzionare queste cose in matematica, nonostante l’affermazione di Stephen Hawking che questa è una debolezza della teoria di Einstein. Anche se queste cose sono possibili solo con equazioni molto complesse, sono abbastanza vere da dare credibilità scientifica ai wormhole.

Ciò consente ai fisici teorici di trascorrere un po’ di tempo speculando su questi oggetti teorici e, nella migliore delle ipotesi, gli strumenti potrebbero un giorno rilevare il segnale gravitazionale da un buco nero che entra in un wormhole. Sarebbe una prova abbastanza scioccante da cambiare il corso dell’astrofisica.

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