Ieri sul mio canale ucraino mi è stato chiesto:

Puoi approfondire la radiazione/evaporazione dei buchi neri di Hawking, per favore. Il fatto che evaporino e diventino superficiali contraddice forse l'essenza stessa dei buchi neri, dai quali non dovrebbe emanare nulla?

La radiazione di Hawking è il processo mediante il quale i buchi neri perdono massa emettendo energia.

Come avviene l'evaporazione

Se consideriamo un buco nero come un oggetto relativistico, non dovrebbe esserci evaporazione, ma purtroppo la teoria della relatività non fornisce risposte assolutamente a tutto nella fisica moderna.

L'evaporazione dei buchi neri è prevista dalla teoria quantistica. Nel vuoto nascono costantemente coppie particella-antiparticella. Se non c'è un buco nero, si verifica l'annichilazione delle particelle e l'energia ritorna nel vuoto e tutto torna com'era. Questo processo è chiamato polarizzazione o ebollizione sotto vuoto.

Tutto cambia quando entra in gioco un buco nero. L'orizzonte degli eventi del buco nero è il confine al quale nulla può lasciare il buco nero. L'orizzonte degli eventi è un confine condizionale, non può essere "sentito" condizionatamente.

E qui immaginiamo che la coppia particella/antiparticella nasca al limite dell'orizzonte degli eventi. In questo caso uno di loro appare dalla nostra parte dell'orizzonte degli eventi e l'altro dall'altra parte. Di conseguenza, la particella/antiparticella apparsa dalla nostra parte vola via dal buco nero e la seconda viene assorbita dal buco nero.

Nessuno ha annullato la legge di conservazione dell'energia: l'energia non può provenire dal nulla, quindi questa particella che vola via da un buco nero riceve la sua energia dal buco nero. Il flusso di tali particelle provenienti dall'orizzonte degli eventi è chiamato radiazione di Hawking. Grazie ad essa i buchi neri perdono energia e, essendo E=mc², perdono massa.

Quanto tempo impiega un buco nero ad evaporare completamente? Non ti torturerò con una matematica piuttosto difficile e andrò dritto ai numeri. Per un buco nero di massa solare sono miliardi di anni, ma per esempio per un buco nero di massa 3500 tonnellate il tempo di evaporazione sarà di 1 ora, un buco nero di massa 10.000 tonnellate evaporerà circa un giorno, e un buco nero con una massa di 1 tonnellata evaporerà in frazioni di secondo. Più piccola è la massa del buco nero, più veloce è la sua evaporazione.

In ogni caso, l'intera massa del buco nero si trasformerà in energia, che sarà paragonabile all'esplosione simultanea di milioni di bombe atomiche sganciate su Hiroshima.

L'evaporazione del buco nero non contraddice il fatto che nulla possa lasciare il buco nero, perché le particelle emesse si formano al di fuori dell'orizzonte degli eventi.

A proposito, è proprio a causa delle radiazioni di Hawking (non solo, ma tra le altre cose) che gli esperimenti al Large Hadron Collider non rappresentano assolutamente una minaccia. Qualsiasi microscopico buco nero generato dall'LHC evaporerà immediatamente!

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