di Sara Marino, 1C Chimica e Materiali ITIS E. Fermi Castrovillari (CS)

Questo saggio partecipa al concorso Hansel e Greta. Il vincitore verrà designato sulla base del numero di voti ricevuti e della valutazione da parte di una giuria di qualità. Le votazioni partiranno il 15 giugno 2020. Per votare cliccare su questo link, selezionare il tema desiderato e cliccare sul pulsante “vota” in fondo alla pagina.

Stephen Hawking (Oxford 1942 – Cambridge 2018) si laureò in Scienze Naturali col massimo dei voti all’Università di Oxford dopodiché fu ammesso a Cosmologia presso l’Università di Cambridge. Nonostante nel 1963 gli fu diagnosticata una malattia degenerativa costringendolo all’immobilità totale, nel 1966 conseguì il dottorato in matematica applicata e fisica teorica, interessandosi alla Teoria della Relatività  Generale di Einstein per cui un oggetto come una stella massiccia collassi su sé stesso fino a contrarsi in un punto a densità infinita detto singolarità e ai buchi neri.

Si basò sulla legge di Michell (1970) per cui i buchi neri sono stelle di massa e densità elevate con un campo gravitazionale così potente che neanche la luce può sfuggirgli, e per capire la formazione di un buco nero comprese prima il ciclo vitale delle stelle che prevede una fase di raffreddamento e contrazione. Alla contrazione le sue particelle  così vicine espanderanno la stella secondo il principio di esclusione secondo cui due particelle non hanno la stessa posizione e velocità. All’espansione la sua massa aumenterà di più di una volta e mezza rispetto a quella del Sole trasformandosi in una nana bianca; in caso contrario in una stella di neutroni per la forza di repulsione fra neutroni e protoni. Oppenheimer sostenne che il campo di gravità di una stella modifica le traiettorie della sua luce facendole deviare verso l’interno, più la stella si contrae più la luce si vede sempre meno, da qui buchi neri.

Hawking affermò che le traiettorie di luce non possono avvicinarsi altrimenti cadrebbero nel buco nero e comprese che un buco nero in collisione con un altro espanderebbe il suo confine detto orizzonte degli eventi. Collegò tale teoria alla II legge della termodinamica l’entropia di un sistema isolato aumenta col passare del tempo affermando che i buchi neri in rotazione creano ed emettono particelle con uno spettro uguale a quello emesso da un corpo caldo così da emanare radiazioni ad un ritmo tale da non violare la legge dell’entropia. grazie alla Teoria della Relatività Generale e alla meccanica quantistica, dimostrò che i buchi neri emettono radiazioni ad una certa temperatura data dalla massa degli stessi, definendo la Radiazione di Hawking in cui il buco nero perde energia e massa implicando che se non assorbe niente per molto tempo evaporerà scomparendo. Inoltre, coppie di particelle virtuali si formano vicino al buco nero ove quella negativa cade causando perdita di energia del buco nero e la positiva sfugge diventando una particella reale e misurabile.

Hawking tentò di unificare le leggi sull’universo nella Teoria del Tutto. La Radiazione di Hawking non fu misurata per mancanza di buchi neri nelle vicinanze ma alcuni esperimenti simulano il comportamento del buco nero. Recente è la ricerca pubblicata su Nature in cui gli scienziati dell’Istituto Israeliano di Tecnologia di Haifa col docente Steinhauer del Dipartimento di Fisica hanno riprodotto un buco nero in laboratorio, progettato per assorbire il suono fononi e non la luce fotoni, forzando due fononi a comportarsi come le particelle quantistiche descritte da Hawking: uno catturato dal buco nero e l’altro che sfugge. Hanno calcolato le temperature di tali fononi dimostrando che quello in uscita emetteva energia termica, rafforzando la teoria della Radiazione di Hawking.

Hawking ha cambiato il modo di concepire l’universo, mi chiedo se sia questa la ragione del mancato Nobel. Eppure la storia testimonia l’evoluzione delle teorie scientifiche: nel 340 a.C. Aristotele sostenne che la Terra era sferica e immobile mentre Sole e pianeti si muovevano intorno, in orbite circolari. Nel 1514 Copernico sostenne che la Terra e i pianeti si muovevano lungo orbite circolari attorno al Sole, immobile al centro dell’universo. Keplero e Galilei proposero orbite ellittiche dei pianeti. Nel 1687 Newton sviluppò la matematica per analizzare i movimenti dei corpi nello spazio e nel tempo.

E se la teoria di Hawking fosse un cambiamento di paradigma? Lo storico della fisica, Kuhn, definisce cambiamento di paradigma un cambiamento nelle assunzioni basilari all’interno di una teoria scientifica dominante e per innescarlo serve la presa di coscienza che vi sono rompicapo irrisolti o anomalie e un’alternativa che le spieghi. Credo che la teoria di Hawking sia il trampolino di lancio per realizzare laboratori sempre più attrezzati e ricerche sempre più sofisticate.

credits immagine: Greg Rakozy on Unsplash