Salve, Spaceland
Sono Matt Kleban.
Sono un professore associato di fisica
presso l'Università di New York
e sono qui per rispondere
alle vostre domande.
La prima domanda
è:
I buchi neri hanno una grandezza massima?
Beh, è una bella domanda.
Ma prima di rispondere,
chiediamoci:
Cosa intendiamo con 'grandezza'
nel caso di un buco nero'?
La grandezza di un buco nero è determinata
dal raggio dell'orizzonte degli eventi.
I buchi neri sono delle regioni dalle quali
neanche la luce può sfuggire.
Da questa regione,
la quale ha una certa grandezza,
non può fuoriuscire nessun tipo di luce.
Il limite di questa regione è detto "orizzonte degli eventi"
e ha un raggio e una grandezza.
Questo è cio che intendiamo con
grandezza di un buco nero.
In realtà, il raggio dell'orizzonte degli eventi,
ovvero la grandezza del buco nero,
è proporzionale
alla quantità di materia ed energia
da questo assorbita.
Infatti, se avessimo accesso ad
una quantità infinita di materia ed energia,
potremmo continuare ad alimentare il buco nero,
e questo diventerebbe sempre più grande.
In tal senso, non ha limiti.
Ma, naturalmente,
nell'universo in cui viviamo,
non abbiamo accesso ad
una quantità infinita di materia ed energia.
E, anche se in qualche modo
potessimo esplorare tutto l'universo e
raccogliere tutta la quantità di energia in esso presente,
anche se facessimo questo,
avremmo ancora una grandezza massima
perchè esiste una quantità finita di materia ed energia
che è possibile raccogliere nell'universo.
Questa grandezza sarebbe
una frazione della grandezza dell'universo oggi.
Quindi, potrebbe richiedere miliardi di anni luce forse,
per essere molto ma molto grande,
ma avrebbe ugualmente una grandezza finita.
Seconda domanda:
La materia può esistere senza lo spazio?
Questa è una bella domanda e molto difficile.
La risposta sincera è: non ne siamo certi.
Ma, possiamo dire che abbiamo una teoria che collega
la materia allo spazio, e anche al tempo.
Anche se non pensiamo che questa teoria
dia una descrizione esatta del mondo,
è la migliore che abbiamo.
Questa teoria si chiama "relatività generale".
Questa teoria è stata scoperta
da Albert Einstein più o meno nel 1916.
Secondo Einstein, esiste un'equazione,
in realtà una serie di equazioni,
definite "equazioni di Einstein",
che collegano la materia
allo spazio e al tempo.
Pare che sia possibile risolvere queste equazioni
quando non c'è materia.
È possibile avere zero materia e zero energia
ma avere ancora spazio e tempo.
Ma non è possibile risolvere queste equazioni
quando la materia è presente,
senza però lo spazio e il tempo.
In altre parole,
possiamo avere spazio e tempo senza materia
ma, almeno secondo le equazioni di Einstein,
non possiamo avere materia senza spazio e tempo.
Non pensiamo che questa sia la conclusione.
Non pensiamo che queste siano le vere leggi della fisica.
È possibile che le leggi della fisica, qualsiasi cosa siano,
permettano alla materia di esistere senza spazio.
Ma, almeno per il momento,
penso che la risposta sia no.
Per quanto ne sappiamo non è possibile.
Terza domanda:
Se riuscissimo a risolvere il problema
dell'energia infinita
per quanto riguarda il moto della luce
e viaggiare attraverso lo spazio a C (velocità della luce),
per via della dilatazione del tempo,
significherebbe che dal nostro punto di vista,
viaggiare in qualsiasi luogo sarebbe istantaneo?
E di conseguenza,
questo significerebbe che in realtà
esisteremmo in tutti i punti del nostro vettore
allo stesso tempo?
Questa è un'altra bella domanda.
La ragione di questa domanda è
che quando ci muoviamo molto velocemente,
e molto vicino alla velocità della luce,
si verifica un fenomeno chiamato
"dilatazione del tempo",
il che significa che se ci muoviamo quasi
alla velocità della luce,
non passerà molto tempo.
Per esempio,
se viaggiamo dalla Terra fino ad Alpha Centauri
su una navicella spaziale che si muove
quasi alla velocità della luce,
allora significa che per noi
sarà passato poco tempo.
Non invecchieremmo molto.
Le lancette dei nostri orologi
non andranno molto avanti.
Le persone sulla Terra e
quelle su Alpha Centauri
ci guarderanno durante il nostro viaggio
e diranno che abbiamo impiegato
almeno un paio d'anni
per fare questo viaggio.
Ma per noi,
potrebbe essere passato
un breve lasso di tempo.
La cosa interessante è che
parliamo di teoria della relatività,
e ogni cosa dovrebbe essere relativa
in base alla prospettiva dell'osservatore,
quindi, potreste chiedervi:
Com'è possibile che riusciamo a fare
questo viaggio in così poco tempo?
E la risposta è nel "sistema di riferimento".
Se viaggiamo in una macchina sull'autostrada,
vediamo edifici, alberi e cose simili
lungo la strada
venire verso di noi a 60 km/h.
Mentre noi siamo fermi,
gli alberi e gli edifici
vengono versono di noi.
Questo è il sistema di riferimento.
Nella navicella spaziale,
noi siamo fermi,
e Alpha Centauri
si sta dirigendo verso di noi.
La velocità alla quale viene verso di noi è
vicina a quella della velocità della luce.
Non può essere maggiore.
Non può andare più veloce
della velocità della luce.
Ma verrà verso di noi ad una velocità
vicina a quella della luce.
La ragione per cui facciamo questo viaggio
in un lasso di tempo così breve,
è da ricondurre ad un altro strano fenomeno
della relatività chiamato "contrazione di Lorenz":
le distanze si riducono.
Le distanze sembrano più brevi
quando gli oggetti si muovono velocemente.
La distanza che misureremmo
tra noi ed Alpha Centauri,
è molto più breve
della distanza che una persona immobile
misurerebbe sulla Terra.
Ecco come siamo in grado di viaggiare
in un così breve lasso di tempo.
Quindi, per rispondere alla domanda:
se ogni cosa fosse immediata nel limite,
quando ci muoviamo alla velocità della luce,
la risposta è si.
Perchè nel limite
in cui ci stiamo muovendo
alla velocità della luce,
durante il viaggio per noi il tempo non passa.
E dal nostro punto di vista,
non esiste una distanza
tra la Terra e Alpha Centauri.
Ecco come riusciamo ad
attraversarla in un istante.
Quindi si.
Saremmo ovunque
tra la Terra e Alpha Centauri
allo stesso tempo in un istante.
Grazie per le fantastiche domande.
Se ci sono altre domande
per il prossimo esperto,
lasciatele nei commenti qui sotto.