Ponendo la domanda cosmica: cosa accade all'interno di un buco nero?
Considerate le seguenti domande intriganti: cosa succede al vero dimensioni dello spaziotempo all'interno di un buco nero? Le diverse risposte di un'IA evidenziano sia la nostra attuale comprensione, sia i nostri limiti.
Prima prospettiva: continuità dello spaziotempo quadridimensionale
Una risposta afferma che gli oggetti che cadono in un buco nero non perdono alcuna dimensione. In questa visione, lo spaziotempo mantiene la sua struttura quadridimensionale (tre dimensioni dello spazio più una del tempo) sia all'esterno che all'interno dell'orizzonte degli eventi. La singolarità, in cui la densità diventa infinita, non è in realtà uno stato ridotto a 1D. Invece, rappresenta un punto in cui la relatività generale crolla dopo essere entrati in un buco nero. Sebbene le teorie della gravità quantistica come la gravità quantistica a loop propongano alternative (ad esempio, "rimbalzi" che evitano lo stato singolare), nessuna di queste idee comporta una riduzione del numero di dimensioni.
Seconda prospettiva: rottura dimensionale nella singolarità
Una risposta successiva della stessa IA sottolinea una prospettiva diversa. Nella teoria di Einstein, la singolarità è definita come un punto di densità infinita e curvatura estrema dello spaziotempo. È dove le equazioni della relatività generale "si rompono". In questa immagine classica, lo spaziotempo perde la sua ben definita struttura quadridimensionale (3 dimensioni spaziali più 1 dimensione temporale). Per i buchi neri non rotanti, o di Schwarzschild, la singolarità è descritta come un punto 0D. Al contrario, per i buchi neri rotanti (Kerr), la singolarità assume la forma di un anello 1D.
Riconciliare la contraddizione: artefatti dei modelli matematici
L'IA spiega queste risposte apparentemente contraddittorie ricordando che, nella relatività generale, la singolarità non è un oggetto fisico. Invece, è un artefatto matematico. Le etichette "0D" e "1D" servono come scorciatoie geometriche, segnaposto concettuali che indicano dove le nostre teorie classiche falliscono. In effetti, queste designazioni ("qui ci sono i draghi") riconoscono i limiti della nostra attuale comprensione degli ambienti gravitazionali estremi, in particolare quelli che coinvolgono i buchi neri.
Abbracciare l'ignoto nella fisica teorica
In sintesi, una prospettiva sostiene che lo spaziotempo rimane quadridimensionale durante tutto il viaggio in un buco nero. Ciò è vero anche quando la relatività generale crolla alla singolarità. Un altro punto di vista suggerisce che, vicino alla singolarità, la familiare struttura quadridimensionale si perde. Collassa in un punto 0D o in un anello 1D a seconda della rotazione del buco nero. In definitiva, entrambe le risposte sono promemoria dei limiti delle nostre attuali teorie e della continua sfida di unificare la relatività generale con la meccanica quantistica.
L'intuizione di Stephen Hawking: illuminare i nostri limiti
Un'immagine illustrativa della Reith Lecture di Stephen Hawking del 26 gennaio 2016 sottolinea ulteriormente questo punto. Le intuizioni di Hawking ci ricordano che mentre il nostro modelli attuali dei buchi neri catturano molti aspetti della realtà, ma mettono anche in luce profonde lacune nella nostra conoscenza.
Finché non verrà sviluppata una teoria di successo della gravità quantistica, queste descrizioni rimarranno delle approssimazioni. Esse riflettono l'ignoranza umana tanto quanto la nostra comprensione.
Immagine: da Stephen Hawking Lezione Reith, 26 gennaio 2016