TecaLibri: Stephen Hawking: Buchi neri e universi neonati e altri saggi

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Indice


Prefazione                               7

1.  La mia infanzia                     11
2.  Oxford e Cambridge                  27
3.  La mia esperienza della malattia    37
4.  Atteggiamenti pubblici
    verso la scienza                    47
5.  Breve storia di una "Breve storia"  55
6.  La mia posizione                    65
7.  Il sogno di Einstein                75
8.  L'origine dell'universo             95
9.  La meccanica quantistica
    dei buchi neri                     113
10. Buchi neri e universi neonati      131
11. E tutto determinato?               145
12. Il futuro dell'universo            163
13. Dischi per un'isola deserta        183

Indice analitico                       209

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Pagina 34 [ big bang, buchi neri, Penrose ]

Fino al 1970 le mie ricerche furono limitate alla cosmologia, lo studio dell'universo su grande scala. La mia ricerca più importante di questo periodo fu sulle singolarità. Le osservazioni di galassie lontane indicano che esse stanno allontanandosi da noi: l'universo è in espansione. Ciò implica che in passato le galassie debbano essere state più vicine fra loro di quanto non siano oggi. Si pone allora la domanda: ci fu un tempo in passato in cui tutte le galassie erano accalcate l'una sull'altra e in cui la densità dell'universo era infinita? O ci fu una fase anteriore di collasso dell'universo, in cui le galassie riuscirono a evitare di entrare in collisione fra loro? Può darsi che, anziché colpirsi, esse siano passate l'una accanto all'altra in direzioni diverse cominciando poi ad allontanarsi reciprocamente. Per rispondere a questa domanda si richiedevano nuove tecniche matematiche. Queste furono sviluppate fra il 1965 e il 1970, principalmente da Roger Penrose e da me stesso. Penrose era allora al Birkbeck College a Londra; ora è a Oxford. Noi usammo queste tecniche per mostrare che, se la teoria della relatività generale era corretta, in passato doveva essersi verificato uno stato di densità infinita.

Tale stato di densità infinita è noto come la singolarità del big bang. Esso significava che la scienza non era in grado di dire in che modo avesse avuto inizio l'universo, se la relatività generale è corretta. Mie ricerche più recenti indicano però che, se si prende in considerazione la teoria della fisica quantistica - la quale si occupa dell'altro estremo della scala delle grandezze - è possibile stabilire come abbia avuto inizio l'universo.

La relatività generale predice anche che le stelle di grande massa, quando avranno esaurito il loro combustibile nucleare, collasseranno su se stesse. Le ricerche compiute da Penrose e da me mostravano che queste stelle avrebbero continuato a collassare fino a raggiungere una singolarità di densità infinita. Questa singolarità sarebbe stata una fine del tempo, almeno per la stella e per tutto ciò che si trovasse su di essa. Il campo gravitazionale della singolarità sarebbe cosi intenso che la luce non riuscirebbe a sfuggire dalla regione circostante, ma sarebbe trascinata indietro dal campo gravitazionale. La regione da cui nulla può sfuggire viene chiamata buco nero e il suo confine è l'orizzonte degli eventi. Qualunque cosa, o chiunque, dovesse superare l'orizzonte degli eventi e cadere in un buco nero verrebbe a trovarsi alla fine del tempo nella singolarità.

Una sera del 1970, poco tempo dopo la nascita di mia figlia Lucy, mentre stavo coricandomi mi accadde di pensare ai buchi neri. D'improvviso mi resi conto che molte delle tecniche sviluppate da Penrose e da me in relazione alle singolarità potevano essere applicate ai buchi neri. In particolare, l'area dell'orizzonte degli eventi, il confine del buco nero, non poteva diminuire col tempo. E quando due buchi neri fossero entrati in collisione fra loro, e si fossero uniti a formare un singolo buco nero, l'area dell'orizzonte degli eventi del buco nero finale sarebbe stata maggiore della somma delle aree degli orizzonti dei buchi neri originario. Questo fatto poneva un limite importante alla quantità di energia che poteva essere emessa nel corso di una collisione. Ero così eccitato che quella notte non dormii molto.

Dal 1970 al 1974 lavorai principalmente sui buchi neri, ma nel 1974 feci forse la mia scoperta più importante: i buchi neri non sono completamente neri! Se si prende in considerazione il comportamento su piccola scala della materia, da un buco nero possono evadere particelle e radiazione. Il buco nero emette radiazione come se fosse un corpo caldissimo. Dal 1974 in poi ho lavorato a combinare relatività generale e meccanica quantistica in una teoria coerente. Un risultato di queste ricerche è stata una proposta da me fatta nel 1983 assieme a Jim Hartle, dell'Università della California a Santa Barbara: che tanto il tempo quanto lo spazio siano finiti ma non abbiano un confine o un bordo. Lo spazio-tempo sarebbe simile alla superficie della Terra, ma con due dimensioni in più. La superficie della Terra ha un'area finita ma non ha alcun confine. In tutti i miei viaggi non sono mai riuscito a cadere dal bordo del mondo. Se questa proposta è corretta, non esisterebbero singolarità, e le leggi della scienza sarebbero valide sempre e dovunque, compresi i primissimi istanti dell'esistenza dell'universo. Il modo in cui l'universo ha avuto inizio sarebbe determinato dalle leggi della scienza. Io avrei avuto successo nella mia ambizione di scoprire "come" ha avuto inizio l'universo. Ma non so ancora "perché" abbia avuto inizio.

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Pagina 50 [ scienza-società ]

Se accettiamo l'idea che non si può impedire alla scienza e alla tecnologia di modificare il nostro mondo, si può almeno tentare di assicurare che i mutamenti siano nelle direzioni giuste. In una società democratica, ciò significa che l'opinione pubblica ha bisogno di avere una comprensione di base della scienza, per poter prendere decisioni con cognizione di causa e non lasciare le decisioni a esperti.
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