La teoria della relatività generale di Albert Einstein ha cambiato profondamente il nostro pensiero sui concetti fondamentali della fisica, come lo spazio e il tempo. Ma ci ha anche lasciato alcuni misteri profondi. Uno erano i buchi neri, che sono stati rilevati inequivocabilmente solo negli ultimi anni. Un altro erano i “wormhole“, ponti che collegavano diversi punti nello spaziotempo, fornendo in teoria scorciatoie per i viaggiatori spaziali.
I wormhole sono ancora oggi nel regno dell’immaginazione. Ma alcuni scienziati pensano che presto saremo anche in grado di trovarli. Negli ultimi mesi, diversi nuovi studi hanno suggerito interessanti vie da seguire.
I buchi neri e i wormhole sono tipi speciali di soluzioni delle equazioni di Einstein, che sorgono quando la struttura dello spaziotempo è fortemente piegata dalla gravità. Ad esempio, quando la materia è estremamente densa, il tessuto dello spaziotempo può diventare così curvo che nemmeno la luce può sfuggire. Questo è un buco nero.
Poiché la teoria consente di allungare e piegare il tessuto dello spaziotempo, si possono immaginare tutti i tipi di possibili configurazioni. Nel 1935, Einstein e il fisico Nathan Rosen descrissero come due strati di spaziotempo possono essere uniti, creando un ponte tra due universi. Questo è un tipo di wormhole e da allora ne sono stati immaginati molti altri.
Alcuni wormhole possono essere “attraversabili“, il che significa che gli umani potrebbero essere in grado di attraversarli. Per questo, però, dovrebbero essere sufficientemente grandi e mantenuti aperti per abbastanza tempo contro la forza di gravità, che cerca di chiuderli. Spingere lo spaziotempo verso l’esterno in questo modo richiederebbe enormi quantità di “energia negativa“.
Sembra fantascienza? Sappiamo che l’energia negativa esiste, ne sono già state prodotte piccole quantità in laboratorio. Sappiamo anche che l’energia negativa sta dietro l’espansione accelerata dell’universo. Quindi la natura potrebbe aver trovato un modo per creare wormhole.
Individuare i wormhole nel cielo
Come possiamo mai dimostrare che i wormhole esistono? In un nuovo articolo, pubblicato negli Avvisi mensili della Royal Society, gli astronomi russi suggeriscono che potrebbero esistere al centro di alcune galassie molto luminose e propongono alcune osservazioni per cercare di trovarli. Questo si basa su cosa accadrebbe se la materia che uscisse da un lato del wormhole entrasse in collisione con la materia che vi stava cadendo. I calcoli mostrano che lo schianto comporterebbe uno spettacolo di raggi gamma che potremmo provare ad osservare con i telescopi.
Questa radiazione potrebbe essere la chiave per distinguere un wormhole da un buco nero, precedentemente ritenuto indistinguibile dall’esterno. I buchi neri dovrebbero produrre meno raggi gamma ed espellerli in un getto, mentre la radiazione prodotta attraverso un wormhole sarebbe confinata in una sfera gigante. Sebbene il tipo di wormhole considerato in questo studio sia attraversabile, non sarebbe un viaggio piacevole. Poiché sarebbe così vicino al centro di una galassia attiva, le alte temperature brucerebbero qualsiasi cosa. Ma questo non sarebbe il caso di tutti i wormhole, come quelli più lontani dal centro galattico.
L’idea che le galassie possano ospitare wormhole al loro centro non è nuova. Prendiamo il caso del buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea. Questo è stato scoperto seguendo scrupolosamente le orbite delle stelle vicino al buco nero, un risultato importante che è stato insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 2020. Ma un articolo recente ha suggerito che questa attrazione gravitazionale potrebbe invece essere causata da un wormhole.
A differenza di un buco nero, un wormhole può “perdere” un po’ di gravità dagli oggetti situati dall’altra parte. Questa inquietante azione gravitazionale aggiungerebbe una piccola spinta ai movimenti delle stelle vicino al centro galattico. Secondo questo studio, l’effetto specifico dovrebbe essere misurabile nelle osservazioni nel prossimo futuro, una volta che la sensibilità dei nostri strumenti sarà un po’ più avanzata.
Per coincidenza, un altro studio recente ha riportato la scoperta di alcuni “strani cerchi radio” nel cielo. Questi cerchi sono strani perché sono enormi e tuttavia non associati a nessun oggetto visibile. Per ora, sfidano qualsiasi spiegazione convenzionale, quindi i wormhole sono stati proposti come una possibile causa.
Un vaso di Pandora
I wormhole hanno una forte presa sul nostro immaginario collettivo. In un certo senso, sono una deliziosa forma di evasione. A differenza dei buchi neri che sono un po’ spaventosi in quanto intrappolano tutto ciò che ci si avventura, i wormhole possono permetterci di viaggiare in luoghi lontani più velocemente della velocità della luce. Potrebbero in effetti essere anche macchine del tempo, fornendo un modo per viaggiare a ritroso, come suggerito da Stephen Hawking nel suo ultimo libro.
I wormhole emergono anche nella fisica quantistica, che governa il mondo degli atomi e delle particelle. Secondo la meccanica quantistica, le particelle possono uscire dallo spazio vuoto, solo per scomparire un attimo dopo. Questo è stato visto in innumerevoli esperimenti. E se le particelle possono essere create, perché non i wormhole? I fisici ritengono che i wormhole potrebbero essersi formati nell’universo primordiale da una schiuma di particelle quantistiche che entrano ed escono dall’esistenza. Alcuni di questi “wormhole primordiali” potrebbero essere ancora in circolazione oggi.
Recenti esperimenti sul “teletrasporto quantistico” – un trasferimento “disincarnato” di informazioni quantistiche da un luogo all’altro – si sono rivelati funzionare in modo stranamente simile a due buchi neri collegati attraverso un wormhole. Questi esperimenti sembrano risolvere il “paradosso dell’informazione quantistica“, che suggerisce che le informazioni fisiche potrebbero scomparire permanentemente in un buco nero. Ma rivelano anche una profonda connessione tra le teorie notoriamente incompatibili della fisica quantistica e della gravità – con i wormhole rilevanti per entrambe – che potrebbe essere strumentale nella costruzione di una “teoria del tutto”.
È improbabile il fatto che i wormhole svolgano un ruolo in questi affascinanti sviluppi, passi inosservato. Potremmo non averli visti, ma potrebbero certamente essere là fuori. Potrebbero anche aiutarci a capire alcuni dei misteri cosmici più profondi, come ad esempio se il nostro universo è l’unico.
Autore
Andreea Font, Senior Lecturer of Astrophysics, Liverpool John Moores University
