Un team di ricercatori ha concluso che i kugelblitze, buchi neri formati dalla luce, sono teoricamente impossibili. Questa scoperta è stata derivata da un modello matematico che incorpora effetti quantistici, rivelando che l’intensità della luce richiesta supera di gran lunga quella riscontrata nell’universo. Sebbene deludente per la fisica teorica, questa scoperta ha profonde implicazioni per la comprensione della meccanica quantistica e della relatività generale.
I kugelblitze, buchi neri formati dalla luce, sono teoricamente impossibili
Negli ultimi sette decenni, gli astrofisici hanno teorizzato l’esistenza dei “kugelblitz”, buchi neri causati da concentrazioni estremamente elevate di luce.
Si ipotizza che questi buchi neri speciali potrebbero essere collegati a fenomeni astronomici come la materia oscura e si è addirittura ipotizzato che potrebbero fungere da fonte di energia per ipotetici motori di astronavi in un lontano futuro.
Una nuova ricerca di fisica teorica condotta da un team di ricercatori dell’Università di Waterloo e dell’Università Complutense di Madrid dimostra che i kugelblitze sono impossibili nell’universo attuale.
“I buchi neri più comunemente noti sono quelli causati da enormi concentrazioni di materia normale che collassa sotto la sua stessa gravità”, ha affermato Eduardo Martín-Martínez, professore di matematica applicata e fisica matematica e affiliato del Perimeter Institute for Theoretical Physics.
“Poiché, nella teoria della relatività generale di Einstein, qualsiasi tipo di energia curva lo spazio-tempo, si è a lungo ipotizzato che un’enorme concentrazione di energia sotto forma di luce potesse portare a un collasso simile. Tuttavia, questa previsione è stata fatta senza considerare gli effetti quantistici”.
Il team ha costruito un modello matematico, tenendo conto degli effetti quantistici, che ha dimostrato che la concentrazione di luce necessaria per creare un kugelblitze sarebbe decine di ordini di grandezza maggiore di quella osservata nei quasar, gli oggetti più luminosi del nostro universo.
“Molto prima di poter raggiungere quell’intensità di luce, si sarebbero verificati alcuni effetti quantistici”, ha affermato José Polo-Gómez, dottorando in matematica applicata e informazione quantistica. “Una concentrazione di luce così forte avrebbe portato alla creazione spontanea di particelle come coppie elettrone-positrone, che si sarebbero allontanate molto rapidamente dall’area”.
Sebbene le condizioni necessarie per ottenere un simile effetto siano impossibili da testare sulla Terra utilizzando la tecnologia attuale, il team può essere certo dell’accuratezza delle proprie previsioni perché si basano sugli stessi principi matematici e scientifici che alimentano le scansioni PET (tomografia a emissione di positroni).
“Un modo per comprendere questo fenomeno è pensare all’annientamento di materia e antimateria, come avviene durante le scansioni PET. Gli elettroni e le loro antiparticelle (positroni) possono annichilarsi a vicenda e disintegrarsi in coppie di fotoni, o ‘particelle’ di luce”, ha affermato Martín-Martínez.
“I nostri risultati sono una conseguenza del fenomeno chiamato ‘polarizzazione del vuoto’ e dell’effetto Schwinger, e sebbene spiegarli in poche parole possa essere difficile, un modo utile di pensarci è questo: il fenomeno che abbiamo previsto che impedirebbe la creazione di buchi neri dalla luce è per molti versi come l’opposto del fenomeno di disintegrazione materia-antimateria che avviene in una scansione PET: quando c’è una grande concentrazione di fotoni, possono disintegrarsi in coppie elettrone-positrone, che vengono rapidamente disperse portando con sé l’energia e impedendo il collasso gravitazionale”.
Sebbene l’impossibilità del kugelblitze possa essere deludente per gli astrofisici, la scoperta rappresenta un risultato importante nel tipo di ricerca in fisica fondamentale resa possibile dalla partnership tra matematica applicata, il Perimeter Institute e l’Institute for Quantum Computing di Waterloo.
“Sebbene queste scoperte possano non avere applicazioni note al momento, stiamo gettando le basi per le innovazioni tecnologiche dei nostri discendenti”, ha affermato Polo-Gómez. “La scienza alla base delle macchine per la scansione PET era un tempo altrettanto teorica, e ora ce n’è una in ogni ospedale”.
La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.
