Osservazioni sui buchi neri

Roberto Biancastelli (26/5/2023)
ex Dirigente di ricerca dell'I.S.S. ed ex professore di Calcolatori Elettronici all'Universita' di Roma 'La Sapienza'

Nell'Universo la materia che conosciamo e' fatta di "barioni" (cioe' di neutroni e protoni, che sono i nuclei di idrogeno).
L'esistenza dei buchi neri ci mostra che questa materia si trasforma quando la forza gravitazionale cui e' soggetta supera una certa soglia.
Infatti capita allora che meccanica quantistica e meccanica gravitazionale entrano in conflitto: cio' perche' l'esistenza dei buchi neri mostra che in tali condizioni cessa di valere uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica: il principio di Pauli, che limita la densità massima raggiungibile a quella di una stella di neutroni (pulsar). Cio' e' facilmente dimostrabile con l'equazione di Schrodinger, i cui autovalori per particelle con spin 1/2 soggette alla statistica di Fermi (percio' chiamate fermioni) limitano il numero massimo di particelle che possono coesistere nell'unita' di volume.
All'interno dei buchi neri questo limite evidentemente viene superato e la materia composta dai barioni non e' piu' incomprimibile venendo meno il principio di Pauli e quindi la validita' della meccanica quantistica come la conosciamo oggi.
La densità della materia all'interno di un buco nero non risulta piu' limitata e può divergere (la materia dentro al buco nero diventa comprimibile oltre la densità limite della stella di neutroni, determinata dal principio di Pauli: è questo che permette di creare la singolarità del buco nero.
Cio' potrebbe significare che si genera così un nuovo tipo di materia composta da particelle che non sono piu' fermioni.
I nucleoni (protoni e neutroni) sarebbero diventati un tipo di materia nuova, senza spin 1/2 e forse con forza gravitazionale ma NON piu' soggetti ad interazione forte (quella che produce la fusione nucleare e la nascita di nuove stelle).
Sarebbe lecito allora chiedersi se questa nuova materia non sia la materia oscura.
Se lo fosse, i buchi neri sarebbero allora la fabbrica della materia oscura che sarebbe così destinata ad accumularsi sempre piu', dal big bang in poi, riempiendo sempre più l'Universo ed arrestandone l'espansione, consentendogli così di tornare alle condizioni del big bang iniziale dopo un tempo finito.
Quì siamo ovviamente nel campo delle ipotesi e la fantasia può guidarci ad indovinare qualè puo' essere la Verità formulando una nuova teoria che amplia la gravitazione universale relativistica di Einstein.
Si tratta ora di creare questa nuova teoria.
Ci sembrano allora non corretti i tentativi di spiegare i buchi neri con le teorie esistenti basate sui calcoli della relativita' generale: le condizioni in cui si trova la materia all'interno di un buco nero sono cosi' estreme che risulterebbe naturale dover introdurre questa nuova teoria che unificherebbe le due meccaniche relativistica e quantistica senza il principio di Pauli oltre quel limite di densita' della materia: un nuovo modello standard che preveda la violazione del principio di Pauli oltre la densità limite di materia dei pulsar (stelle di neutroni).
È questa l'eredità che stiamo lasciando alla nuova generazione dei fisici.