Il nostro universo è il residuo di un buco nero

Alcuni mesi fa, la collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA — un'operazione da svariati miliardi di euro dedita alla misurazione dell'infinitesimale — ha individuato qualcosa che tecnicamente non dovrebbe esistere. Si trattava di un segnale di onde gravitazionali proveniente da una collisione che ha coinvolto un oggetto significativamente più leggero del nostro Sole. Secondo il modello standard dell'evoluzione stellare, nessuna stella può collassare in un buco nero così piccolo. O si ottiene una stella di neutroni o non si ottiene nulla. Eppure, eccolo lì: un oggetto scuro e compatto, dal peso pari a una frazione di massa solare, che si fa beffe dei libri di testo e dei comitati di approvvigionamento che li hanno finanziati.

Questa anomalia non è solo un grattacapo per i fisici stellari di Garching o Bonn; è uno spiraglio aperto su una teoria un tempo relegata ai margini delle chiacchierate in sala caffè. Se i buchi neri possono formarsi in modi che non comprendiamo, e se la loro fisica interna sfida la "singolarità" terminale che ci è stato insegnato di aspettarci, allora la matematica inizia a puntare verso una conclusione localizzata e scomoda. L'intero universo osservabile potrebbe essere l'interno di un buco nero esistente in un "cosmo genitore" molto più vasto.

La fine della singolarità e l'ascesa del "rimbalzo"

Per decenni, il Big Bang è stato presentato come un momento di densità infinita: una singolarità in cui le leggi della fisica si arrendono e vanno a casa. Ma per un ingegnere o un fisico orientato ai dati, "infinito" è solitamente solo un modo cortese per dire che il proprio modello ha fallito. Se si sostituisce la relatività generale di Einstein con modelli che includono la "torsione" — una proprietà fisica in cui lo spaziotempo non solo si curva, ma si attorciglia — la singolarità scompare. Al suo posto, si ottiene un "Big Bounce" (Grande Rimbalzo).

In questo quadro, quando una stella massiccia in un universo genitore collassa in un buco nero, la materia non viene compressa in un punto matematico. Invece, raggiunge uno stato di densità così estrema che la "torsione" diventa una forza repulsiva. Il collasso si ferma, si inverte e si espande. Ma non si espande verso l'universo genitore; si espande in una nuova regione di spaziotempo creata dal collasso stesso. Per un osservatore all'interno di tale espansione, appare esattamente come un Big Bang. Per un osservatore nell'universo genitore, appare come un buco nero standard, sebbene alquanto persistente.

Non si tratta solo di una metafora poetica per bambole russe cosmiche. Risolve un problema fondamentale di approvvigionamento nella fisica: da dove proviene tutta la materia? Se siamo la "figlia" di un buco nero, la materia nel nostro universo è semplicemente il resto riciclato della stella che è collassata nell'universo accanto. È un sistema a circuito chiuso che soddisferebbe persino la più rigorosa direttiva UE sull'economia circolare.

Sette dimensioni possono risolvere il paradosso di Hawking?

L'obiezione principale al vivere all'interno di un buco nero è sempre stata il "Paradosso dell'informazione". Stephen Hawking sostenne notoriamente che i buchi neri evaporano col tempo e, quando ciò accade, ogni informazione caduta al loro interno — che si tratti di una stella o di un libro di biblioteca smarrito — viene cancellata dall'universo. Ciò viola le leggi della meccanica quantistica, che insistono sul fatto che l'informazione non possa mai essere realmente distrutta. Se il nostro universo è un buco nero e i buchi neri distruggono l'informazione, allora la nostra realtà è costruita su un'impossibilità logica.

Le istituzioni di ricerca europee, in particolare quelle legate al Max Planck Institute, hanno esaminato con discrezione questi modelli multidimensionali. Il compromesso è significativo. Per salvare la legge dell'informazione, dobbiamo accettare una realtà che è molto più complessa di quanto suggeriscano i nostri sensi. Questo trasforma il paragone con "Matrix" da un tropo della cultura pop a una necessità tecnica. Se l'informazione del nostro universo è effettivamente archiviata sul confine 2D di uno spazio 7D, allora la nostra esperienza 3D è di fatto una proiezione olografica. È un brillante pezzo di contabilità matematica, anche se lascia il contribuente medio a chiedersi cosa stia pagando esattamente al CERN.

L'anomalia di LIGO e la ricerca di fantasmi primordiali

L'esistenza di buchi neri primordiali non si limiterebbe a convalidare la teoria del "rimbalzo"; fornirebbe un candidato ideale per la materia oscura. Abbiamo speso miliardi alla ricerca di WIMP (particelle massicce debolmente interagenti) con risultati nulli. Se la materia oscura fosse in realtà solo una vasta popolazione di buchi neri sub-solari, non avremmo bisogno di inventare nuove particelle. Dobbiamo solo migliorare i nostri sensori. La missione LISA dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) — un osservatorio di onde gravitazionali basato nello spazio — è progettata esattamente per questo. Spostando i rivelatori in orbita, lontano dal rumore sismico della Terra, LISA sarà in grado di "ascoltare" i ronzii più piccoli e sottili di questi oggetti primordiali.

C'è una certa ironia nel fatto che più cerchiamo di guardare "fuori", verso le scale più grandi del cosmo, più ci ritroviamo a guardare "dentro", verso la fisica del più piccolo. La strategia industriale qui è chiara: il primo blocco a dimostrare definitivamente la natura della materia oscura o l'origine del "rimbalzo" dell'universo non otterrà solo un premio Nobel. Otterrà le chiavi del prossimo secolo di fisica fondamentale, che detta tutto, dai limiti del calcolo quantistico alla potenziale estrazione di energia dal vuoto.

Burocrazia e limiti dell'osservabile

La sfida, come sempre nella "Big Science" europea, è il divario tra la lavagna e il budget. Dimostrare che viviamo all'interno di un buco nero richiede osservazioni che si situano al limite estremo di ciò che la tecnologia attuale può raggiungere. Richiede un coordinamento tra la rete LIGO-Virgo-KAGRA e una dozzina di altre agenzie, ciascuna con i propri interessi nazionali e requisiti di rendicontazione. Mentre Stati Uniti e Cina stanno finanziando aggressivamente progetti autonomi, la forza dell'Europa rimane la sua infrastruttura collaborativa e multinazionale, a patto che i burocrati riescano a trovare un accordo sui protocolli di condivisione dei dati.

Gli scettici faranno notare che la teoria dell'"Universo Buco Nero" è attualmente non falsificabile. Poiché non possiamo uscire oltre il nostro orizzonte degli eventi per guardare indietro verso l'universo "genitore", stiamo essenzialmente teorizzando su una stanza che non potremo mai lasciare. Tuttavia, ciò non ci ha impedito di mappare l'atomo o di prevedere il bosone di Higgs. La matematica spesso conduce dove gli occhi non possono ancora arrivare. Se i modelli a sette dimensioni continueranno a risolvere i paradossi che hanno bloccato Hawking, allora l'"Universo Buco Nero" passerà da esperimento mentale speculativo a candidato principale per la verità.

È una prospettiva che induce all'umiltà. Ci piace pensare al nostro universo come a una distesa vasta e indipendente. Scoprire che siamo in realtà un sottoprocesso di un altro universo — un loop cosmico ricorsivo — è un colpo all'ego collettivo della specie. Ma nel mondo della fisica ad alto rischio, l'ego è una preoccupazione secondaria. I dati suggeriscono che il Big Bang non sia stato un inizio, ma una transizione. Stiamo vivendo nella scia espansa di una stella morta in un mondo che non vedremo mai.

La matematica è solida. I sensori stanno migliorando. L'unica cosa che resta da stabilire è quale organismo amministrativo a Bruxelles riuscirà a rivendicare la scoperta come una vittoria per la politica industriale dell'UE.