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Forse tra un decennio si potrà osservare un wormhole

Due studi rilanciano l'interesse per i "tunnel", teorizzati da Einstein e Rosen, che metterebbero in comunicazione due regioni lontane dello spazio-tempo. Una delle ricerche ipotizza in particolare che ne potremo presto verificare l'esistenza

di Francesco La Teana

fisica,spazio,buchi neri

Rappresentazione artistica di un wormhole, un cunicolo dello spazio tempo. Fotografia Ansa (fonte: Alain r).

L'ipotetica porta spazio-temporale creata da Lewis Carroll e rappresentata dallo specchio che mette in comunicazione il nostro mondo con il Paese delle Meraviglie torna ad attrarre l'attenzione dei ricercatorii. Due recenti articoli scientifici, infatti, si interrogano sulle nostre possibilità di individuarla e su quelle di attraversarla.

Andiamo con ordine e riassumiamo un po' di storia passata. Generalmente è prevista l'esistenza di tre tipi di viaggi possibili con i wormholes: tra due posti distanti del nostro universo, tra due posti di due universi differenti (nel caso esistessero altri universi) e tra uno o due posti in tempi diversi (viaggio nel tempo).

Dal punto di vista scientifico il concetto fu introdotto nel 1935 da Einstein e Rosen, che, nel tentativo di unificare la relatività con la meccanica quantistica e di evitare lo scoglio della singolarità dei buchi neri, pensarono di rappresentare l'elettrone come un buco nero.

Einstein e Rosen eliminarono la porzione bassa dell'imbuto e vi aggiunsero un secondo buco nero rivolto dalla parte opposta ottenendo la figura che tutti conoscono:



Questo 
modello non ebbe grande successo come rappresentazione dell'elettrone, però altri fisici avanzarono l'ipotesi che potesse rappresentare un tunnel di comunicazione tra due universi, a patto che da una parte vi fosse un buco nero e dall'altra un buco bianco dal quale uscire. Wheeler inventò nel 1957 il termine wormhole ed egli stesso, assieme a Fuller, cinque anni dopo, dimostrò che una porta di questo tipo era destinata a richiudersi subito, e quindi, essendo instabile, non poteva essere utilizzata come tunnel di collegamento.

Da allora il tema è stato affrontato ripetutamente. Ricordiamo anche che l'attenzione si riaccese nel 1988 quando Thorne, Morris e Yurtsever trovarono un modello di wormhole che evitava di essere dilaniati dall'ingresso nel buco nero e permetteva un viaggio agevole, in cambio di una forte quantità di energia negativa e di materia esotica, entrambe difficilmente reperibili in natura.

Attualmente esistono diversi modelli teorici di wormhole, tanti quante sono le soluzioni matematiche trovate. Restano irrisolti però tutti i vari problemi connessi: la verifica se queste costruzioni matematiche, come già molte volte è avvenuto in passato, abbiano una corrispondenza con oggetti reali; la verifica che siano realmente utilizzabili (molte soluzioni mostrano che basta un lieve tentativo di attraversamento per provocarne la chiusura immediata) e, nel caso lo siano, come gestire l'ingresso nel buco nero senza esserne stritolati.

I due nuovi articoli di recente pubblicazione affrontano, come abbiamo detto, il problema della loro transitabilità e quello della loro identificazione.

Il primo lavoro, "La creazione di un wormhole attraversabile" (Creating a traversable wormhole) è stato pubblicato su Classical and Quantum Gravity, da parte di G.T. Horowitz, D. Marolf, J.E. Santos e D. Wang. Gli autori dimostrano che in gravità quantistica si può generare un wormhole attraversabile, per mezzo di un processo che non arreca perturbazioni (evitando così di distruggere il passaggio), ed ha un funzionamento simile all'effetto tunnel della meccanica quantistica. Per fare ciò, essi partono da un modello in cui una stringa cosmica si spezza e produce due particelle alle sue estremità. Se alle particelle si sostituiscono due piccoli buchi neri, con qualche lieve modifica spazio-temporale, si perviene ad un modello simile a quello di Einstein-Rosen.

A differenza dei modelli del passato, in cui i due buchi neri appena formati erano dotati di accelerazioni divergenti che allargavano immediatamente l'orizzonte degli eventi chiudendo il wormhole, nel caso analizzato dagli autori, la reazione negativa dei campi quantistici rende stabile lo stato energetico fondamentale e quindi trasforma il wormhole in un tunnel teoricamente transitabile.

Sfortunatamente, anche se si riescono a creare dei buchi neri a riposo nello stato fondamentale, la stessa reazione dei campi in stati differenti da quello fondamentale fa sì che essi accelerino, rendendo non più attraversabile il wormhole. Quindi, mentre lo stato fondamentale del wormhole può essere teoricamente attraversabile, la probabilità di trovarlo in tale stato resta molto piccola.

Il risultato positivo in ogni caso rimane la possibilità di creazione di un wormhole attraversabile per mezzo di un processo non perturbativo della gravità quantistica.

Il secondo articolo, accettato per la pubblicazione su Physical Review D e attualmente consultabile su ArXiv, ha per titolo "Observing a wormhole" ("Osservare un wormhole") ed è stato scritto da De-Chang Dai e Dejan Stojkovic.

Esso affronta il problema della individuazione di questi oggetti. L'assunto di base dei due fisici è che se un wormhole collega due diversi spazio-tempo, gli oggetti che si trovano nelle vicinanze da una parte dello spazio-tempo devono sentire l'influenza gravitazionale degli oggetti che si trovano dall'altra parte.

In particolare, gli autori hanno scelto di studiare l'orbita di una stella, catalogata come S2, che viaggia intorno al buco nero super massiccio presente al centro della nostra galassia in Sgr A*. Secondo gli autori, se si riesce a raggiungere una precisione nella misurazione della sua accelerazione pari ad un milionesimo di metri al secondo quadrato, basterebbero poche masse solari presenti sull'altro versante per lasciare una traccia rilevabile sull'orbita di S2. Attualmente le nostre capacità di osservazione non arrivano al grado di precisione richiesto, ma essi stimano che nel giro di una decina di anni riusciremo a colmare il gap e potremo verificare se nel buco nero supermassiccio della nostra galassia si celi un wormhole.

Se questi "tunnel" spaziali hanno sempre attratto l'immaginario collettivo per vari motivi, collegati soprattutto agli aspetti fantascientifici dei viaggi istantanei, questo lavoro ha il merito di spostare il problema da un piano puramente teorico a quello osservativo, stabilendo un legame chiaro e misurabile tra wormhole e misurazioni astrofisiche. È solo una questione di tempo.

(18 ottobre 2019

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