Un post singolare

Potreste aver sentito che un buco nero “è una singolarità”. Se vi interessate di intelligenza artificiale, invece, potreste conoscere La Singolarità di quando verremo sorpassati dai robot. Perciò… ehm… robot dentro i buchi neri? In realtà ha tutto senso.

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Wormhole: tunnel attraverso lo spazio

Storie di fantascienza come The Martian o Black Mirror parlano di tecnologie quasi a portata di mano, come andare su Marte. Altre volte è roba più azzardata: è il caso dei wormholes. Però, siccome la relatività generale non li vieta del tutto, continuano ad affascinare scienziati ed autori.

Un esempio di un wormhole che collega due regioni di uno spazio bidimensionale. credit: telegraph.co.uk

Un wormhole (letteralmente, buco di verme) è un tunnel spaziotemporale, una scorciatoia tra due regioni lontane dello spazio-tempo. Il film Interstellar aveva molti difetti, ma la fisica era quantomeno plausibile (grazie alla supervisione della star della fisica Kip Thorne). Infatti spiegano efficacemente l’idea del wormhole: prendete un foglio e piegatelo, poi fateci un buco. Avete creato un wormhole nel vostro universo di carta.

L’entrata, in teoria, dovrebbe avere l’aspetto di un buco nero, un buco in cui luce e materia spariscono per sempre. L’uscita sarebbe l’opposto: una sorgente eterna di luce e materia—un buco bianco. Attraverso un wormhole, si potrebbero coprire distanze immense in tempi relativamente brevi, ma probabilmente non viaggiare nel tempo*.

Quindi, esistono?

Di sicuro non possiamo costruirli. Fare un wormhole con la carta è carino, ma funziona solo perché il foglio ha due dimensioni mentre noi siamo a nostro agio con tre. Per creare un vero wormhole dovremmo lavorare in quattro dimensioni. Auguri.

È anche poco probabile che esistano grossi wormhole naturali. Prima di tutto, almeno vedere una volta un buco bianco darebbe qualche indizio in quella direzione, ma non è mai mai successo. Poi, per tenere aperto un wormhole abbastanza grande serve qualcosa che cambi la gravità da una forza che attrae le cose una verso l’altra ad una che le spinge via. E pure quello non si è mai visto.

Ad ogni modo, trovo fico che possiamo immaginare qualcosa di così assurdo e, grazie al potere della fisica, fare ragionamenti seri e fondati su come potrebbe o no funzionare, anche se non l’abbiamo mai visto.

Una simulazione di come apparirebbe un wormhole tra l’università di Tübingen (Germania) e le dune di Boulogne (Francia). CC-BY-SA CorvinZahn/Gallery of Space Time Travel, via commons

Per saperne di più
  • È pieno di spiegazioni più o meno accurate dei wormhole in giro. A me è piaciuta questa, piuttosto matematica, su Chalkdust
  • La NASA ha fatto un lavoro eccellente per dare risposte serie ad ogni genere di domanda sui wormhole su questa pagina
  • Secondo alcuni, i buchi neri sono l’entrata di wormhole per altri universi. Forse, forse no. I buchi neri sono ben strani!

* MINI SPOILER: Ok, in Interstellar, Cooper fa una specie di viaggio nel tempo. Ma quello succede solo all’interno di altre dimensioni: ci siamo già spostati nell’ambito della magia.

Foto copertina: CC0 Pexels/pixabay

LIGO ha trovato le onde gravitazionali

“Signore e signori, abbiamo misurato le onde gravitazionali. Ce l’abbiamo fatta!” Questo è lo storico annuncio con cui il Prof. David Reitze, direttore esecutivo di LIGO (l’osservatorio a interferometria laser per onde gravitazionali, o Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory, con sedi a Harford e Livingston negli Stati Uniti) ha fatto partire la conferenza stampa di giovedì scorso.

Si mormorava della scoperta da mesi, perciò non era del tutto una sorpresa. In più, era stato prevista con una certa sicurezza dalla teoria della relatività generale di Einstein. Secondo questa teoria, quando delle masse accelerano possono creare delle increspature nello spazio-tempo: le onde gravitazionali. Le onde si propagano in tutte le direzioni alla velocità della luce, stirando e comprimendo lo stesso tessuto dello spazio al loro passaggio.

Quelle osservate a LIGO, per esempio, venivano da due buchi neri, ognuno circa 30 volte la massa del Sole, che si sono scontrati a circa metà della velocità della luce 1.2 miliardi di anni luce da noi. Un evento del genere è sbalorditivo: “La potenza emessa era 50 volte quella di tutte le stelle dell’universo messe assieme”, ha detto il Prof. Kip Thorne di Caltech.

Durante il loro inesorabile avvicinamento, i due buchi neri hanno sparato onde gravitazionali che aumentavano in frequenza ed intensità. LIGO le ha raccolte, anche se con qualche difficoltà: nonostante le forze immense che l’hanno scatenato, l’effetto delle onde è piccolo. Così piccolo che solo uno strumento così preciso come LIGO lo poteva misurare. E LIGO è molto preciso: Reitze ha spiegato che, in teoria, l’errore sulla sua misura della distanza tra il Sole e la stella più vicina sarebbe lo spessore di un capello.

Per farlo, LIGO usa dei laser. Dividendo un raggio laser in due rami gemelli e mandando ognuno in un lungo percorso, è possibile ricongiungerli in modo che le onde della loro luce interferiscano cancellandosi esattamente. Se un’onda gravitazionale colpisse l’apparecchio, allungherebbe il percorso di uno dei fasci e accorcerebbe l’altro, periodicamente, disturbando l’interferenza.

Ma da una grande sensibilità derivano grandi disturbi: il rivelatore misura qualunque cosa, dai micro-terremoti al passaggio di auto. Per eliminare tutti questi fattori, i ricercatori usano due osservatori, posti ai due capi degli Stati Uniti. Solo i segnali misurati da entrambi contemporaneamente (o quasi) possono provenire dallo spazio ed essere onde gravitazionali.

E infatti, a settembre 2015, mentre LIGO veniva riacceso dopo l’ultimo aggiornamento, un segnale è apparso in entrambi i posti. Non solo, ma corrispondeva perfettamente con i calcoli teorici! Così, dice la Dott.ssa Gabriela Gonzalez della Louisiana State University, “sappiamo non solo che abbiamo trovato delle onde gravitazionali, ma anche che erano causate dalla fusione di due buchi neri”.

Secondo la Dott.ssa France Cordova, direttore della National Science Foundation, questa scoperta “è molto più di una nuova generazione di osservazione. Significa vedere l’universo con occhi nuovi, in un modo completamente diverso”. Diversi scienziati l’hanno paragonato a poter ascoltare eventi che finora avremmo potuto solo guardare, più quelli che non si possono vedere.

Le nostre orecchie stanno anche migliorando: LIGO continua a migliorare la sua precisione e più tardi quest’anno si unirà al programma l’osservatorio italiano VIRGO. Nel 2034, poi, è previsto il lancio di eLISA (l’antenna spaziale evoluta ad interferometria laser, o Evolved Laser Interferometry Space Antenna). Sarà composta da tre sonde che orbiteranno la Terra ad un milione di chilometri una dall’altra, conducendo esperimenti molto simili a quelli di LIGO, ma molto più precisi.

Come ha detto Gonzalez, “Ora che sappiamo che le onde gravitazionali sono là fuori, inizieremo ad ascoltare l’universo”.

Intanto, potete “ascoltare” le onde gravitazionali anche voi!

(c) The Munich Eye, all rights reserved.

4 cose fondamentali sulle onde gravitazionali

Il team dell’osservatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) ha annunciato di aver misurato direttamente le onde gravitazionali emesse dall’unione di due buchi neri. Ma di che parlano? Ecco le risposte alle 4 domande più comuni (più 2 bonus, se vi sentite preparati).

I due buchi neri che si uniscono, e l’onda gravitazionale che ci arriva. NASA

Cosa sono le onde gravitazionali?

Le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo previste dalla Relatività Generale di Einstein. Se avete sentito una sola cosa su questa teoria, probabilmente è che la massa di un oggetto deforma lo spazio-tempo attorno.

Se la massa accelera nel modo giusto, dovrebbe (in teoria) creare onde gravitazionali. Queste si propagano come le onde su uno stagno quando ci lanciamo un sasso.

Al loro passaggio deformano impercettibilmente lo spazio stesso: lo allungano e stringono, poi lo accorciano e allargano, e così via.

Credit: MOBle/English Wikipedia

Credit: MOBle/English Wikipedia

Quanto grande è l’effetto?

Piccolo. Meno di piccolo: immani catastrofi (scontri tra enormi buchi neri, supernove che esplodono, cose così insomma), relativamente vicine (cioè nella nostra galassia) cambiano la distanza tra la Terra e la Luna di un millesimo dello spessore di un atomo. Come si può immaginare, è anche molto difficile da misurare.

Come le abbiamo trovate?

ligo.org

LIGO è un interferometro laser. Funziona dividendo un raggio laser in due parti. Una continua il suo percorso in un lungo tubo, l’altra devia di 90 gradi in un altro. Ognuna poi rimbalza avanti e indietro qualche centinaio di volte. Le parti vengono ricongiunte in modo che le onde di luce di cui sono fatte interferiscano, annullandosi perfettamente a vicenda.

Se, però, un’onda gravitazionale attraversa il dispositivo, allunga uno dei bracci e accorcia l’altro, poi viceversa, ciclicamente. Così la corrispondenza tra le onde non è più perfetta. Gli scienziati sono andati a cercare proprio quel tipo di segnali.

Per essere sicuri di eliminare qualunque disturbo, poi, hanno cercato tracce identiche che apparissero contemporaneamente in entrambi i loro osservatori (uno nel nord-ovest degli Stati Uniti, l’altro a sud-est, e quest’anno poi si aggiungerà anche l’osservatorio VIRGO in Toscana).

Se sono così impercettibili perché ci dovrebbero interessare?

Perché ci danno un modo completamente nuovo di studiare l’universo. Come ha detto Catherine Man, dell’Observatoire de la Côte d’Azur:

Ora non stiamo più solo “guardando” l’universo usando luce ultravioletta o visibile, ma stiamo “ascoltando” i rumori prodotti della gravità dei corpi celesti sul tessuto dello spazio-tempo

Tra le cose che possiamo “ascoltare” c’è l’eco della gioventù dell’universo. Fino a 380mila anni dalla sua formazione, infatti, l’universo era opaco alla luce, perciò non possiamo vedere più indietro di così. Ma le onde gravitazionali esistevano già: ascoltandole scopriremo molto di nuovo.

Domande bonus per quelli davvero preparati

Non le avevano già trovate qualche anno fa?

Nì: le onde gravitazionali trasportano energia, nel 1993 Russel Hulse e Joseph Taylor hanno vinto il Nobel per la fisica per aver osservato quell’energia. Ma prima d’ora nessuno aveva osservato direttamente le onde gravitazionali.

L’annuncio dell’anno scorso del progetto BICEP2, invece, era proprio un falso allarme. E ci han fatto una figuraccia.

 

Che succede ora con eLISA?

Probabilmente non molto. eLISA è un osservatorio spaziale per onde gravitazionali dell’ESA (l’Agenzia Spaziale Europea), dovrebbe andare in orbita nel 2034. Anche se le onde gravitazionali non saranno più una novità, eLISA sarà molto più sensibile di LIGO.

In pratica, sarà un orecchio più grande con cui ascoltare, può misurare onde da fonti più deboli o più lontane. Ed essendo nello spazio, ha anche meno fonti di disturbo.

 

 

Foto copertina: CC0 Austin Schmid, via unsplash.