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Titolo: Importante esperimento che fornisce, se non proprio una vera prova, un forte sostegno alla veridicità della teoria dell'evaporazione dei buchi neri di Stephen Hawking

Radio Tre Scienza 23 agosto 2016: Spiegazione molto chiara
dell'Esperimento di Jeff Steinhauer del Technion-Israel Institute of
Technology di Haifa, a cura di Andrea Ferrara, cosmologo alla Scuola
Normale Superiore di Pisa.
 
Nella puntata di Radio Tre Scienza andata in onda ieri, 23 agosto
2016, che potete ascoltare a questo link
 
https://youtu.be/3fO7ry8VRB4
 
 
oppure
 
http://www.radio3.rai.it/dl/portaleRadio/media/ContentItem-edc5e78e-b564-44c2-9f8f-a88a3dd05e98.html
 
 
si è parlato di un interessantissimo esperimento condotto dal prof. Jeff Steinhauer del Technion-Israel Institute of Technology di Haifa, in Israele, che fornisce, se non proprio una vera prova sperimentale, un forte sostegno alla veridicità della teoria dell'evaporazione dei buchi neri formulata da Stephen Hawking, ossia sulla veridicità dell'esistenza della radiazione di Hawking.
Naturalmente, per confermare sperimentalmente questa teoria, occorrerebbe osservare la radiazione di Hawking, cosa non facile, vista la sua bassa intensità, dovuta al fatto che, supposta valida tale teoria, l'energia viene rilasciata da un buco nero in tempi estremamente lunghi (escluso il flash finale). Di conseguenza, "servirebbe un buco nero artificiale" da testare in laboratorio. Ma è possibile ottenere una cosa del genere? Ovviamente no, tuttavia in laboratorio si possno ottenere delle condizioni particolari che hanno molti aspetti in comune con il caso dei buchi neri, per cui si può cercare di vedere se, almeno in tali condizioni, si ottiene una radiazione analoga a quella di Hawking. E' proprio questo ciò che ha fatto il prof. Jeff Steinhauer con il suo esperimento che _non costruisce un buco nero artificiale_ ma piuttosto, in un certo senso, lo simula.
 
Nel corso puntata di Radio Tre Scienza, Andrea Ferrara, cosmologo alla Scuola Normale Superiore di Pisa, spiega con parole semplici in cosa consiste l'esperimento.
 
Buon ascolto.
--
Gino.

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e' quello fatto con le onde sonore mi pare, con tanto diparticelle reali/virtuali anche se non mi e' chiaro come l'analogia possa essere cosi' stretta

 e' quello fatto con le onde sonore mi pare, con tanto diparticelle reali/virtuali anche se non mi e' chiaro come l'analogia possa essere cosi' stretta
 
Ci provo :-) prendendo spunto dalle parole del Dr. Andrea Ferrara.
Per prima cosa, ricordiamo da dove nasce la radiazione di Hawking.
 
Come sapete:
 
1) il vuoto, in fisica, secondo la concezione moderna, è molto diverso da come lo immaginiamo nel senso comune, cioè non è come uno spazio nel quale non c'è niente: nel vuoto, invece, il principio di indeterminazione di Heisenberg permette la continua generazione di particelle virtuali, costituite da coppie particella antiparticella che poi si annichilano tra loro in brevissimo tempo: in pratica, per il principio di indeterminazione, il principio di conservazione dell'energia può essere violato per brevi intervalli di tempo ottenendo dell'energia che viene convertita in massa, quindi in particelle, dette "virtuali", che in breve tempo si annichilano restituendo nuovamente tale energia;
 
2) se però consideriamo il vuoto in vicinanza di un buco nero, può accadere che una delle due particelle di una coppia particella-antiparticella venga catturata dal buco nero, oltrepassando l'orizzonte degli eventi (che, come sappiamo, è una superficie di non ritorno); di conseguenza, le due particelle non si annichilano più tra loro e l'altra particella sfugge al buco nero divenendo una particella reale, non più virtuale, poichè non scompare più e continua ad esistere per un tempo molto più lungo;
 
3) a causa della mancata annichilazione tra le due particelle, l'energia con cui si erano generate nel vuoto, non viene restituita più; quest'energia viene "pagata" dal buco nero tramite una piccolissima parte della sua massa che viene trasformata in energia, in modo da saldare il conto energetico della particella sfuggita; il risultato è che il buco nero, perdendo massa, diventa più piccolo, emettendo nel contempo la radiazione di Hawking, potenzialmente osservabile.
 
Non avendo a disposizione un buco nero
è stato fondamentale un articolo degli anni '70 dello scienziato canadese Bill Unruh del British Columbia secondo il quale, per avere la radiazione di Hawking non è fondamentale che ci sia un buco nero ma basta che ci sia qualcosa che genera un orizzonte, cioè una superficie con la quale le particelle che si trovano da un lato possono sfuggire, mentre quelle dall'altro lato no, poichè non possono attraversare tale superficie. Dall'idea che per simulare un buco nero non servisse davvero un buco nero, nell'esperimento di Steinhauer si costruisce un'analogia con ciò che accade presso un buco nero:
 
a) al posto del vuoto, era presente della materia in uno stato molto particolare detto "condensato di Bose-Einstein" che si ottiene quando si raffredda la materia a temperature molto prossime allo zero assoluto; tale stato della materia presenta molte analogie con il vuoto, così come è inteso nella fisica moderna;
 
b) per avere un orizzonte, all'interno del condensato di Bose-Einstein è stata indotta un'onda che però si muoveva ad una velocità superiore alla veloctà del suono in tale condensato; questo faceva in modo che tutto ciò che si trovava da un lato di questa onda potesse andare dall'altro lato, mentre ciò che si trovava da quest'ultimo lato non potesse farlo, analogamente a quanto accade con l'orizzonte degli eventi di un buco nero;
 
così facendo, Steinhauer ha notato che delle particelle, ossia i fononi, che sono l'analogo per il suono di ciò che sono i fotoni per la luce (in realtà i fononi sono classificati come quasi-particelle) restano intrappolate nell'orizzonte, mentre altre di queste particelle riescono a sfuggire all'orizzonte, costituendo una perfetta analogia con la radiazione di Howking.
 
Saluti.
--
Gino

 ...
Prima di entrare nel merito, una premessa.
Ritengo che il tuo post sia un resoconto molto accurato di cose che
hai letto e che in parte sono assai diffuse nella divulgazione (vuoto,
fluttuazioni, particelle virtuali).
Anche il sommario cenno che fai all'effetto Unruh, per quel poco che
ne so, mi sembra corretto, nel senso che anche qui riporti
correttamente cose che si trovano di frequente.
Infine, suppongo che lo stesso sia vero per l'esperimento di
Steinhauer, che ho sentito citare ma di cui non ho letto niente.
 
Questa premessa aveva uno scopo: la pesante critica che sto per fare
non tocca la tua persona.
Tocca invece (intenzionalmente, e con mia piena responsablità) il modo
come certi argomenti vengono esposti da cosiddetti "competenti".
 
Mi riferisco appunto alle cosiddette "fluttuazioni del vuoto", alle
"particelle virtuali", alla conseguente "spiegazione" della rad. di
Hawking e dell'effetto Unruh.
 
E' un argomento su cui ho in corso (da ben 4 anni!) la stesura di uno
scritto che dovrebbe demistificare la materia.
Se va così a rilento è perché ho forti dubbi su come presentare quello
che ho da dire, l'argomento in sé è assai difficile ed è quasi
un'impresa impossibile, anzi autocontraddittoria, cercare di farmi
capire da chi non possiede le basi minime per capire...
D'altra parte sono veramente scandalizzato dal persistere di queste
frottole, di cui (a essere del tutto franco) non so spiegare se siano
tentativi pietosi di portare a livello di un pubblico generico
argomenti che possono essere trattati solo a livello altamente
specialistico, o se invece quelli che ne parlano li capiscano davvero
così, ossia se credano davvero di star scrivendo cose serie.
 
In estrema sintesi:
1) Il vuoto che "ribolle di partcelle virtuali che si creano e si
annichilano continuamente è una gigantesca balla.
2) L'energia che può non conservarsi per un breve tempo grazie al pr.
d'indeterminazione, come sopra.
3) Sulla radiazione di Hawking sono più cauto: non ho mai visto come
l'ha tirata fuori Hawking, ma una cosa è certa: una deduzione corretta
richiederebbe una teoria dei campi (almeno una QED) valida non solo in
un generico spazio curvo, ma addirittura intorno all'orizzonte degli
eventi di un buco nero.
Questa teoria Hawking non l'ha fatta, e non l'ha fatta nessuno ancor
oggi, che io sappia.
4) Sull'effetto Unruh so solo che è stato fatto un lavoro teorico che
non ho mai letto (mia colpa).
Può darsi che sia ben fondato e può darsi di no.
Ma certo la spiegazione divulgativa che hai riportato non sta in
piedi, per le solte ragioni (particelle virtuali ecc.).
 
5) Quanto all'esper. di Steinhauer aspetto di sentire pareri più
solidi e verifiche di altri.
Inoltre la sostituzione dei fononi ai fotoni m pare tutt'altro che
tranquilla.
Insomma, sono diffidente.
 
Per finire, tutto questo argomento è del tutto OT: con l'astronomia
non ha niente a che vedere (a parte il generico richiamo ai buchi
neri). Si tratta di fisica, e della più avanzata.
Farci su delle chiacchiere in un NG che dovrebbe essere a tema
scientifico, ha comunque la mia totale disapprovazione.
 
 
-- 
Elio Fabri

 
 
Buona sera, Elio.
Devo dire, se una critice c'è, me la prendo tutta e mi prendo anche io tutta la responsabilità.
Il mio post è frutto di un riassunto elaborato dalla mia mente molte ore dopo avere ascoltato il programma. In sintensi: non è una riproduzione fedele delle parole del Dr. Ferrara. Quindi, potrei, involontariamente, avere posto l'accento su qualcosa che il Dr. Ferrara aveva esposto con altre parole. Quindi invito tutti ad ascoltare la registrazione piuttosto che leggere il mio post. 
 
Concludo con un'osservazione: il lavoro del divulgatore è molto, molto complicato: è più facile spiegare la velocità istantanea con la derivata piuttosto che utilizzare parole intuitive con raggazzi di scuola media. Provateci per credere!
Ciao.
--
Gino.

 scuola media. Provateci per credere!
Secondo me sbagli in diversi punti.
In primo luogo, il compito della scuola *non è divulgare*.
E' portare bambini, poi ragazzi, poi giovani adulti, a comprendere
pian piano idee e concetti che possono essere importanti per la loro
formazione e/o per il loro lavoro.
 
In particolare, nessuno dovrebbe sognarsi di parlare di vel.
istantanea nella scuola media.
Questo non è richiesto dalle Ind.Naz. e nessun insegnante di buon senso
lo farebbe.
Ci sono molti altri concetti base di fisica che sono accessibili e pià
importanti della vel. istantanea.
Che poi ci siano anche molti insegnanti incompetenti che invece si
ostinano a parlare di quelle cose (ho visto pure testi che introducono
i principi della dinamica!) può essere un fatto, ma dal mio punto di
vista non ho dubbi: è una degenerazione.
Quindi non è da prendere a esempio.
 
Sono stato molto schematico, ma ovviamente perché siamo OT.
 
 
-- 
Elio Fabri

 istantanea nella scuola media.
 
e io non l'ho fatto, però la verità è che qualche parola sulla velocità orbitale e sulle sue variazioni sono stato costretto a spenderla. La domanda era stata posta e non potevo non rispondere.
 
Ciao.
--
Gino.

 così facendo, Steinhauer ha notato che delle particelle, ossia i fononi, che sono l'analogo per il suono di ciò che sono i fotoni per la luce (in realtà i fononi sono classificati come quasi-particelle) 
 
ok, diciamo creature concettuali
 
restano intrappolate nell'orizzonte, mentre altre di queste particelle riescono a sfuggire all'orizzonte, costituendo una perfetta analogia con la radiazione di Howking.
 
 
OK grazie della sintesi  :)

 Sono stato molto schematico, ma ovviamente perché siamo OT.
 
filosofia della scienza, è un "ot" che incoraggerei che sia a tema astronomico o meno :)

 astronomico o meno :)
Guarda un po'... E' proprio qui il problema!
A mio parere non c'è in ballo nessuna "filosofia della scienza".
Chi ci vede una filosofia è già stato contagiato dal virus che
accennavo sopra.
 
Se esistano o no queste "particelle virtuali" nel vuoto è questione
strettamente tecnica, che può e deve essere discussa usando *solo*
strumenti della QFT.
Niente filosofia.
 
 
-- 
Elio Fabri