WORMHOLES, UNIVERSO E STRINGHE - Nardelli

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Versione 1.0
14/02/2013
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Supponiamo adesso che il fotone sia una cordicella e “scuotiamolo” o “colpiamolo” con altre stringhe.
Proprio come un piccolo elastico, il fotone comincerebbe a “vibrare”, “ruotare” ed “allungarsi”. Se gli
si fornisce abbastanza energia, comincerà a somigliare ad un gigantesco “garbuglio”, un “gomitolo” di
filo. In questo caso non si tratta di tremori quantistici, ma di tremori termici. Queste cordicelle
aggrovigliate ed eccitate somigliano molto a buchi neri: questi, infatti, possono essere in realtà
nient’altro che giganteschi gomitoli di spago (stringa) casualmente intrecciati.
La massa di una stringa lunga ed intricata può diminuire per azione della gravità e non risultare più
proporzionale alla lunghezza, una volta che si tiene conto correttamente degli effetti gravitazionali. Il
gigantesco gomitolo di corda può contrarsi in una sfera sempre più compatta: il gomitolo rimpicciolito
avrebbe anche una massa più piccola di quella di partenza.
Quindi, la massa ed il raggio del gomitolo cambiano, ma che ne è dell’entropia? L’entropia è
precisamente ciò che non varia. Se un sistema viene modificato lentamente, la sua energia può
cambiare (in genere cambia), ma la sua entropia rimane esattamente la stessa. Questo teorema, basilare
tanto in meccanica classica quanto in meccanica quantistica, si chiama teorema adiabatico.
Prendiamo un grosso garbuglio di stringhe e cominciamo con annullare la gravità. Senza gravità la
stringa non somiglia ad un buco nero, ma ha un’entropia ed una massa. Ora aumentiamo lentamente
l’intensità della forza di gravità. I vari segmenti di stringa iniziano ad attrarsi vicendevolmente, ed il
gomitolo di stringa si comprime. Continuiamo ad aumentare la gravità finchè la stringa diventa tanto
compatta da formare un buco nero: la massa ed il raggio si sono ridotti, ma l’entropia è rimasta
invariata. Contraendosi e trasformandosi in un buco nero il gomitolo di stringa cambia massa
esattamente nel modo giusto, portando entropia e massa nella giusta relazione: l’entropia è
proporzionale al quadrato della massa di un buco nero.
L’immagine dell’orizzonte degli eventi che emerge è quindi un groviglio di stringa appiattito
sull’orizzonte della gravità. Ma le fluttuazioni quantiche fanno sì che alcune porzioni di stringa
sporgano un poco, e questi pezzettini rappresentano gli atomi d’orizzonte. Un osservatore esterno
vedrebbe pezzetti di stringa, ciascuno con le due estremità saldamente fissate all’orizzonte. Nel
linguaggio della teoria delle stringhe, gli atomi d’orizzonte sono stringhe aperte (dotate di estremità)
attaccate ad una sorta di membrana. Questi pezzetti di stringa possono sganciarsi dall’orizzonte, e
questo spiegherebbe l’irraggiamento e l’evaporazione di un buco nero. Quindi John Wheeler si
sbagliava: i buchi neri sono ricoperti di peli, cioè caratteristiche osservabili come “gobbe” o altre
irregolarità (in questo caso i pezzettini di stringa attaccati alla membrana).
Le stringhe fondamentali possono attraversarsi a vicenda. Quando le stringhe si toccano può anche
accadere che, invece di attraversarsi, le due stringhe possono “ricombinarsi”. Quale delle due
possibilità si verifica quando si incrociano le stringhe? A volte una, a volte l’altra. Le stringhe
potrebbero attraversarsi il 90% dei casi, e ricombinarsi il rimanente 10%. La probabilità di
ricombinazione è detta costante di accoppiamento delle stringhe.
Adesso concentriamoci su una piccola porzione di stringa sporgente dall’orizzonte di un buco nero. Il
segmento di stringa è ritorto, e due pezzi stanno per incrociarsi: il 90% delle volte si attraverseranno
senza che accada nulla, ma nel 10% dei casi la stringa si ricombina. Quando questo accade, si verifica
un fenomeno nuovo: si libera un piccolo anello di stringa. Quel pezzettino di stringa chiusa è una
particella (un fotone, un gravitone, o una qualunque altra particella). Essendo all’esterno del buco nero,
ha la possibilità di sfuggire; quando questo accade, il buco nero perde un po’ di energia. Ecco come la
teoria delle stringhe spiega la radiazione di Hawking.