Così tante domande sorprendenti sollevate da un grafico apparentemente semplice. Sembra un’idea così semplice che è sorprendente che nessuno l’abbia mai fatta prima: tracciare tutto, dalle particelle subatomiche alle superammassi, su un grafico di massa e raggio. Ora che qualcuno l’ha fatto, i risultati sollevano alcune domande molto intriganti e forse un po’ inquietanti.
Il grafico è opera del dottor Charles Lineweaver e dello studente di dottorato Vihan Patel. Hanno utilizzato un grafico log-log, perché nient’altro poteva coprire i molti ordini di grandezza sia nella dimensione che nella massa tra il molto piccolo e il molto grande. Alcune aree sono “proibite” dalle leggi conosciute, o dove “la meccanica quantistica offusca la vera natura di ciò che significa essere un oggetto singolare”, ha detto Patel in una dichiarazione.
Forse la parte più significativa del grafico è la linea nera che separa l’area contrassegnata come “proibita dalla gravità” dallo spazio popolato da oggetti familiari. Lungo questa linea ci sono buchi neri tratteggiati. “Più è grande la massa di un buco nero, più bassa è la sua densità”, ha spiegato Lineweaver a IFLScience. Sebbene la parte sinistra della linea sia teorica, gli scienziati hanno osservato una serie di dimensioni di buchi neri dai resti di stelle collassate al più grande buco nero supermassiccio, e questo modello è stabilito e compreso.
Tuttavia, seguendo la linea verso l’alto, apprendiamo che l’intero universo osservabile, l’area che si trova all’interno del “raggio di Hubble”, è anche su quella linea. In altre parole, se un buco nero fosse grande quanto l’universo che possiamo vedere, avrebbe la stessa densità dell’universo. L’universo è quindi un buco nero? E se sì, cosa significa?
Lineweaver ha osservato a IFLScience che lui e Patel non sono i primi a chiedersi se l’intero universo potrebbe essere un buco nero, anche se altri hanno raggiunto l’idea attraverso mezzi diversi. L’idea sembra improbabile, ma la coppia nota che l’universo è sempre stato sulla linea. La loro misura della massa include materia oscura ed energia oscura (poiché energia e massa sono intercambiabili). Poiché l’universo all’interno del raggio di Hubble è cresciuto in dimensioni, così è aumentata la massa/energia totale grazie all’aumento dell’energia oscura. Il fatto che l’universo fosse anche sulla linea miliardi di anni fa, quando il raggio di Hubble era molto più piccolo, rende meno probabile che la sua posizione sulla linea sia una coincidenza.
Lineweaver osserva che c’è un orizzonte degli eventi intorno all’universo osservabile, proprio come intorno a un buco nero, e questa è solo una delle analogie tra loro.
Tuttavia, Lineweaver ha anche sottolineato che l’universo che è un buco nero richiede l’assunzione che tutto ciò che si trova al di fuori del raggio di Hubble sia uno spazio di Minkowski a densità zero (vuoto per la maggior parte di noi). La maggior parte dei cosmologi, compreso Lineweaver, pensa che questa sia un’assunzione errata, ha detto a IFLScience, lasciando incerte le implicazioni del suo grafico. “L’universo potrebbe essere un buco nero capovolto”, ha aggiunto. Nel complesso, ritiene che la domanda richieda significativamente più riflessione.
Un ostacolo per rispondere se l’universo è un buco nero, o almeno qualcosa ad esso correlato, è che non sappiamo com’è l’interno di un buco nero. “Nulla può esistere a sinistra [della linea del buco nero]”, ha detto Lineweaver a IFLScience. “Ma il centro di un buco nero non è probabilmente più denso del buco nero stesso? Non sappiamo nulla sul centro.” Come hanno sottolineato Stephen Hawking e Roger Penrose, la relatività generale e la meccanica quantistica danno risposte diverse a domande come questa, e la tensione non è stata risolta.
Come pietra miliare per il grafico sopra, gli autori hanno tracciato l’età dell’universo contro la temperatura, per identificare il momento in cui le cose potrebbero formarsi.
Il grafico solleva anche domande sulla natura degli inizi dell’universo. “Nella parte più piccola, il luogo in cui la meccanica quantistica e la relatività generale si incontrano è l’oggetto più piccolo possibile – un instantone”, ha detto Patel. “Questo grafico suggerisce che l’universo potrebbe essere iniziato come un instantone, che ha una dimensione e una massa specifiche, piuttosto che una singolarità, che è un punto ipotetico di densità e temperatura infinite.”
Sebbene il termine “singolarità” sia molto più associato al Big Bang nell’immaginario collettivo, Lineweaver ha detto a IFLScience che le persone dovrebbero familiarizzare di più con l’istantone, che considera il modello più plausibile per gli inizi dell’universo.
Lo studio è pubblicato in accesso aperto nell’American Journal of Physics.