Un grafico suggerisce che l’universo osservabile potrebbe essere un buco nero
Tante domande sorprendenti sollevate da un grafico apparentemente semplice.
Sembra un’idea così semplice che sorprende che nessuno l’abbia mai fatto prima: tracciare tutto, dalle particelle subatomiche ai superammassi su un grafico di massa e raggio. Ora che qualcuno lo ha fatto, i risultati sollevano alcune domande molto intriganti e forse un po’ inquietanti.
Il grafico è opera del dottor Charles Lineweaver e dello studente laureato Vihan Patel. Hanno usato un grafico log-log, perché nient’altro poteva coprire i molti ordini di grandezza sia in termini di dimensioni che di massa tra il molto piccolo e il molto grande. Alcune aree sono “proibite” da leggi conosciute, o dove “la meccanica quantistica offusca la natura stessa di ciò che significa realmente essere un oggetto singolare”, ha affermato Patel in una nota .
Forse la parte più significativa del grafico è la linea nera che separa l’area contrassegnata come “proibita dalla gravità” dallo spazio popolato da oggetti familiari. Lungo questa linea si trovano i buchi neri punteggiati. “Maggiore è la massa di un buco nero, minore è la sua densità”, ha spiegato Lineweaver a IFLScience. Sebbene la parte sinistra della linea sia teorica, gli scienziati hanno osservato una gamma di dimensioni del buco nero, dai resti di stelle collassate al più grande buco nero supermassiccio , e questo modello è stabilito e compreso.
Un grafico logaritmico della massa e del raggio di tutte le categorie di oggetti nell’universo e delle aree proibite attorno ad essi.Credito immagine: Lineweaver e Patel, American Journal of Physics 2023 ( CC BY 4.0 )
Tuttavia, seguendo la linea verso l’alto apprendiamo che anche l’intero universo osservabile – l’area che si trova all’interno del “raggio di Hubble” è su quella linea. In altre parole, se un buco nero fosse grande quanto l’universo che possiamo vedere, avrebbe la stessa densità dell’universo. Allora l’universo è un buco nero? E se sì, cosa significa?
Lineweaver ha fatto notare a IFLScience che lui e Patel non sono i primi a chiedersi se l’intero universo potrebbe essere un buco nero, sebbene altri siano arrivati all’idea con mezzi diversi. L’idea sembra improbabile, ma la coppia nota che l’universo è sempre stato in gioco. La loro misura di massa include la materia oscura e l’energia oscura (poiché energia e massa sono intercambiabili ). Man mano che l’universo all’interno del raggio di Hubble è cresciuto di dimensioni, anche la massa/energia totale è cresciuta grazie all’aumento dell’energia oscura. Il fatto che l’universo fosse sulla linea anche miliardi di anni fa, quando il raggio di Hubble era molto più piccolo, rende meno probabile che la sua posizione sulla linea sia una coincidenza.
Lineweaver nota che esiste un orizzonte degli eventi attorno all’universo osservabile, proprio come esiste attorno a un buco nero, e questo è solo uno dei paralleli tra loro.
Tuttavia, Lineweaver ha anche sottolineato che il fatto che l’universo sia un buco nero richiede il presupposto che tutto al di fuori del raggio di Hubble sia uno spazio Minkowski a densità zero (vuoto per la maggior parte di noi). La maggior parte dei cosmologi, incluso Lineweaver, pensano che questo sia un cattivo presupposto, ha detto a IFLScience, lasciando poco chiare le implicazioni della sua carta. “L’universo potrebbe essere un buco nero rovesciato”, ha aggiunto. Tutto sommato, ritiene che la questione richieda molta più riflessione.
Un ostacolo alla risposta se l’universo è un buco nero, o almeno qualcosa ad esso correlato, è che non sappiamo come sia l’ interno di un buco nero. “Non può esistere nulla a sinistra [della linea del buco nero]”, ha detto Lineweaver a IFLScience. “Ma non è probabile che il centro di un buco nero sia più denso del buco nero stesso? Non sappiamo nulla del centro”. Come hanno sottolineato Stephen Hawking e Roger Penrose, la relatività generale e la meccanica quantistica danno risposte diverse a domande come questa, e la tensione non è stata risolta.
Come trampolino di lancio per il grafico sopra, gli autori hanno tracciato l’età dell’universo rispetto alla temperatura e per identificare il momento in cui le cose potrebbero formarsi.Credito immagine: Lineweaver e Patel, American Journal of Physics 2023 ( CC BY 4.0 )
Il grafico solleva anche interrogativi sulla natura degli inizi dell’universo. “All’estremità più piccola, il luogo in cui la meccanica quantistica e la relatività generale si incontrano è l’oggetto più piccolo possibile: un istante ” , ha detto Patel . “Questo grafico suggerisce che l’universo potrebbe essere iniziato come un istantaneo, che ha una dimensione e una massa specifiche, piuttosto che una singolarità, che è un ipotetico punto di densità e temperatura infinite”.
Sebbene il termine “singolarità” sia molto più associato al Big Bang nell’immaginario pubblico, Lineweaver ha detto a IFLScience che le persone dovrebbero acquisire maggiore familiarità con l’istante, che considera il modello più plausibile per le origini dell’universo.
Lo studio è pubblicato ad accesso libero sull’American Journal of Physics .
STEPHEN LUTZ
Foto anteprima: Dai superammassi di galassie come questo fino alle particelle subatomiche, tutto nell’universo è stato inserito in un unico grafico.
Credito immagine: NASA Goddard
Fonte: www.iflscience.com
