Hawking, dai buchi neri alla Teoria del tutto, le scoperte che hanno cambiato la nostra storia

Stephen Hawking, una delle menti più brillanti dell'epoca moderna, se n'è andato a 76 anni a Cambridge, in Inghilterra, dopo una vita spesa a svelare i misteri dell'Universo che tanto lo hanno affascinato. L'astrofisico, matematico e cosmologo britannico, diventato una vera e propria icona – era indubbiamente lo scienziato in vita più noto al mondo – ci ha lasciato in eredità una serie di importantissime scoperte, teorie e intuizioni, in particolar modo sui buchi neri, il campo che lo ha reso celebre. Ecco un elenco di quelle che lo hanno consacrato come uno dei ‘geni' del nostro tempo, conosciuto anche per la sua battaglia contro la sclerosi laterale amiotrofica, con la quale ha convissuto sin dalla giovane età.

Il Big Bang come un buco nero al contrario

Sotto la guida del cosmologo Dennis Sciama, durante il suo dottorato all'Università di Cambridge Stephen Hawking inizia a pensare a una sua teoria sul Big Bang, il fenomeno che diede vita all'espansione dell'Universo 13,5 miliardi di anni fa. Hawking immaginò il Big Bang come una sorta di buco nero al contrario, dove tutto ebbe inizio con un evento di singolarità. In parole semplici, Hawking vedeva l'Universo come un piccolo corpo concentrato che all'improvviso iniziò a espandersi. Oggi si tratta di una teoria accreditata, ma negli anni '70 era ancora fortemente in discussione.

I buchi neri possono solo aumentare in dimensioni

Poiché nulla può sfuggire all'ingordigia dei buchi neri, Hawking teorizzò che questi oggetti celesti possono solo aumentare in termini di dimensioni e massa, mai diminuire. La massa del buco nero determina caratteristiche come il raggio e l'orizzonte degli eventi, oltre al quale nulla può sfuggire. Questa teoria verrà confutata più avanti dallo stesso Hawking grazie alla meccanica quantistica.

I buchi neri non possono mai dividersi

Un buco nero non può mai essere diviso in buchi neri più piccoli, anche in seguito a una colossale collisione tra due di essi.

Universo sempre più disordinato: l'entropia

In base alla seconda legge della termodinamica, l'entropia totale dell'Universo può solo aumentare. Poiché l'entropia misura la quantità di disordine, l'Universo diventa più disordinato man mano che invecchia. Hawking ha accostato questa condizione con l'espansione dell'orizzonte degli eventi dei buchi neri.

La Teoria del Tutto

A causa di una diatriba con un collega israeliano che aveva bollato la sua osservazione su entropia ed espansione dell'orizzonte degli eventi come “coincidenza”, Hawking per la prima volta nella storia sfrutta meccanica quantistica (che descrive cose infinitamente piccole come gli atomi) e relatività generale (che descrive oggetti su scala cosmica) per dare una spiegazione al fenomeno. Unificare relatività generale e meccanica quantistica è una sorta di Santo Graal per i fisici, la cosiddetta “Teoria del Tutto” che ha dato anche il nome al film biografico su Stephen Hawking.

La radiazione di Hawking

Secondo Hawking le particelle virtuali della fisica quantistica (una di materia e una di antimateria, opposte e che svaniscono rapidamente) possono diventare reali nei pressi di un buco nero, perché lì una delle due verrebbe catturata dall'oggetto celeste prima che l'altra svanisca. Se viene assorbita quella negativa l'energia e la massa del buco nero diminuiscono – in contrasto con la precedente intuizione di Hawking -, che emetterà così dell'energia, quella oggi conosciuta come radiazione di Hawking o di Bekenstein-Hawking. In pratica, i buchi neri non sarebbero in costante espansione e anche non del tutto neri.

I buchi neri bianco-caldi

Hawking rivede la sua teoria sul Big Bang, suggerendo che grumi di materia in seguito all'evento avrebbero potuto collassare in piccoli buchi neri. Lo scienziato li ha chiamati “bianco-caldi” poiché la loro temperatura aumenta man mano che si restringe la superficie dell'orizzonte degli eventi.

Buchi neri ‘esplosivi'

A causa dell'emissione della radiazione di Hawking i buchi neri bianco-caldi esploderebbero e le loro particelle andrebbero ‘perdute per sempre'. Questa affermazione ha scatenato un aspro dibattito con alcuni colleghi, e alla fine Hawking ammise il suo errore di valutazione. Ipotizzò che le particelle invece di andar perdute per sempre tornano indietro in uno stato ‘corrotto', ma la spiegazione non fu accolta con favore dagli altri scienziati.

L'Universo quantistico

Negli anni '80 assieme a un collega Hawking sviluppa un'equazione quantistica per descrivere i primi istanti dell'Universo, ma il risultato è così generale che per gli altri astrofisici non aggiunge nulla di nuovo alla ricerca.