La scoperta delle onde gravitazionali


#81

Tornando alle onde gravitazionali, un simpatico articolo di Sandro Ciarlariello su Quantizzando: https://medium.com/quantizzando-blog/altra-roba-da-sapere-sulle-onde-gravitazionali-a8d0754641d0#.y7wl1qtch


#82

Bell’articolo! Molto piacevole e discorsivo.


#83

Faccio un passo indietro perché forse non ho capito bene: dice che il segnale è durato in tutto 0.2 secondi.
Vuol dire che i due buchi neri ci hanno messo 0.2 secondi a unirsi? Il decadimento finale è stato davvero così veloce?


#84

Si, considera che avevano un diametro di qualche centinaio di km e che viaggiavano uno attorno al altro al 0.4 c


#85

Ma mi stavo chiedendo, a 0.4c parte della massa è già stata convertita in energia, quindi anche la temperatura sarà stata molto elevata… Domanda a corollario: che temperatura ha un buco nero?


#86

Raf, è una domanda seria o provocatoria? :sunglasses:

Secondo la fisica classica i buchi neri sono infinitamente freddi. Il nostro concetto di temperatura ha a che vedere con l’agitazione delle particelle, atomi o molecole che siano, e con l’equilibrio termico della radiazione (sempre elettromagnetismo). Ma se nulla può sfuggire dall’orizzonte degli eventi, la domanda non ha senso - la temperatura di un buco nero non è definibile.

Poi arriva un certo Hawking, che dimostra che i buchi neri lentamente evaporano. A causa delle fluttuazioni quantistiche, anche all’orizzonte degli eventi si creano continuamente coppie di particelle e antiparticelle, così come coppie di fotoni. Per la conservazione della quantità di moto, se una particella della coppia virtuale cade verso il b.n., l’altra può sfuggire. Questo appare come radiazione termica, infinitamente spostata verso il rosso - B.N. di taglia stellare hanno temperature di miliardesimi di grado K. Ma ce l’hanno, e quindi qualcosa (radiazione termica) sfugge dal buco!
Questa infinitesima radiazione provoca l’evaporazione del buco. Alla fine si ha un’esplosione, in quanto i b.n. hanno temperatura tanto più alta quanto più sono piccoli. Per un buco di taglia stellare (1 Mo) ci vorranno 10^67 anni.

Quindi i b.n. hanno una termodinamica, e questo porta a paradossi della teoria dell’informazione, cheè strettamente connessa alla termodinamica.

Vedi https://it.wikipedia.org/wiki/Radiazione_di_Hawking e poi, dopo averlo digerito, https://it.wikipedia.org/wiki/Paradosso_dell’informazione_del_buco_nero e anche http://www.asimmetrie.it/index.php/nel-buio-dei-buchi-neri

Ci sono diversi libri che ne parlano, ed erano usciti alcuni articoli su LeScienze. Argomento assolutamente affascinante, ed è il principale motivo di celebrità di Hawking. Per questo ti chiedevo se la domanda fosse seria :wink:

edit: aggiunto un link


#87

No, MOLTO più veloce! Si calcola una decina di millisecondi in tutto. Ma il segnale arriva da una zona dove lo spaziotempo è molto stiracchiato, e quindi ha una dilatazione temporale anche lui. Il tempo è spostato verso il rosso.


#88

Ehm, ero serio, non ho mai approfondito molto i buchi neri ed in questi gg mi sto facendo una cultura :slight_smile:


#89

Idem per me, fino a qualche minuto fa ho sempre pensato che i buchi neri fossero molto caldi… :facepunch:


#90

Vabbè, vabbè. Promesso, alla prossima AstronautiCon conferenza di cosmologia!
Scherzi a parte, sono argomenti di straordinario interesse. L’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande hanno connessioni misteriose, e lo studio dei b.n. potrebbe essere la chiave per avvicinarsi ad una teoria che metta assieme le quattro forze fondamentali della Natura: forte, debole, elettromagnetica e gravitazionale. Le prime tre crediamo di capirle piuttosto bene, la quarta è la più sfuggevole.


#91

Ma Marco, quando due buchi neri si scontrano, l’enorme energia sviluppata dove va a finire? Annullata nel buco nero no, impossibile, non avrebbe poi temperatura 0. In onde gravitazionali?
Perché l’energia non sparisce, al massimo si trasforma, o almeno questo insegnano a scuola.


#92

Lo ha detto IK1ODO all’inizio della discussione. Quel grafico delle ondine penso significhino tanta tanta energia! (aveva anche detto quanto ma io non oso mettere cifre…)


#93

Livio, essenzialmente in onde gravitazionali. Tre masse solari, 10^50 W, 10^48 J andati in energia non ti bastano?
La massa del buco risultante è pari alla massa dei due buchi originari, meno 3 Mo perse in radiazione gravitazionale.
A scuola insegnano che energia e massa sono equivalenti, a meno di c^2 - e=mc^2.
Se ho fatto i conti giusti ognuno dei due buchi neri aveva un’energia cinetica di circa 4x10^48 J. Eccola lì, l’energia. Devono perderla, per fondersi.


#94

Ah, il fatto che il buco nero abbia temperatura 0 non c’entra. La materia entra nel b.n. terribilmente calda, e infatti i dischi di accrescimento emettono raggi X. Centinaia di migliaia o milioni di gradi. Ma dato che poi la radiazione non può più uscire, o meglio, dato che il redshift gravitazionale all’orizzonte degli eventi è infinito, la temperatura è zero.
Immagina un povero fotone: man mano che si avvicina all’orizzonte lo spazio si stira, e la sua lunghezza d’onda diventa infinita. Se osservassi qualcosa cadere verso un b.n. lo vedresti avvicininarsi per sempre all’orizzonte, in cui ti sembrerebbe non cadere mai, ma progressivamente i fotoni emessi dall’oggetto in caduta si sposterebbero verso il rosso, e poi microonde, e poi radio.
Invece nel sistema di riferimento dell’oggetto esso non si accorgerebbe di nulla, solo del gradiente che lo sbriciolerebbe. Per lui il tempo continuerebbe a scorrere, e ti vedrebbe come un singolo punto luminoso all’esterno dell’orizzonte - la luce continua ad entrare.

Quindi il b.n. è freddo allo zero assoluto, è paragonabile ad un corpo nero a zero K. Salvo l’effetto Bekenstein-Hawking, cioè la radiazione quantistica, come ho scritto prima.


#95

Ecco, qui mi hai perso…
La temperatura non è data dall’agitazione delle particelle? Vuol dire che nel momento in cui una particella entra nel buco nero perde tutta l’energia che aveva?


#96

Il calore non è velocità, è oscillazione, se tu comprimi tutto cosa che avviene nei buchi neri nessuno vibra più! Un po come nel pubblico dei concerti di Vasco…


#97

No, vuol dire che il campo gravitazionale “stira” la radiazione per cui all’orizzonte degli eventi la lunghezza d’onda diventa infinita. E’ la stessa cosa che dire che nulla può uscire, nemmeno un fotone. La velocità di fuga raggiunge c. Oppure considera gli orologi, che rallentano in un campo gravitazionale: https://it.wikipedia.org/wiki/Dilatazione_temporale_gravitazionale

“maggiore è il potenziale gravitazionale (più vicino al centro di un oggetto massivo, ad es. vicino ad un buco nero ), più lentamente scorrono gli orologi”

Anche l’orologio del fotone, visto da fuori, rallenta; sembra fermarsi all’orizzonte. Nel suo sistema di riferimento no, continua a muoversi a c e acquista energia, in quanto sta perdendo energia potenziale (=cadendo nel campo), quindi la sua frequenza aumenta… ma non possiamo più vederlo. Qualunque sia la temperatura all’interno del buco, non è possibile avere alcuna informazione da fuori.

I paradossi vengon fuori dalla parola “informazione” che estrapolando le leggi della termodinamica non si può distruggere; e sembra che il b.n. la distrugga.


#98

Cioè, siccome un qualunque corpo “caldo” emette onde elettromagnetiche secondo il corpo nero, e siccome dal buco nero neanche le onde elettromagnetiche possono uscire, allora vuole dire che il buco nero è a zero gradi kelvin?


#99

esatto, la nostra nozione di temperatura ha a che fare con l’elettromagnetismo. Due atomi che collidono si scambiano fotoni (fra gli elettroni dei gusci esterni). L’agitazione (collisione) degli atomi emette fotoni (mW,IR,visibili,ecc) che un sensore può raccogliere e misurare, per contatto o per radiazione. Elimini l’elettromagnetismo (fai in modo che particella mediatrice dell’interazione elettromagnetica non possa più uscire), ed hai eliminato la temperatura. Un b.n. è un corpo nero a 0 K: qualunque radiazione gli mandi contro sparisce, e non emette nulla. Secondo Hawking invece è a qualche miliardesimo di K, grazie alla meccanica quantistica applicata all’orizzonte degli eventi.


#100

Beh ma ciò non vuol dire che le cose al suo interno siano a zero kelvin, no?
Voglio dire, le cose possono anche essere super calde ed emettere onde elettromagnetiche, solo che queste onde non escono dal buco nero. Dal nostro punto di vista, dall’esterno, il buco nero è a zero kelvin. Ma dentro potrebbe essere caldissimo.
Altrimenti come si spiega che le cose prima di entrare hanno un’energia altissima e poi una volta che entrano vanno a zero kelvin? Dove va a finire quell’energia?