Un giorno, tra qualche
miliardo di anni, il Sole si spegnerà, perché il combustibile che ne alimenta
la fusione nucleare (fusione di due nuclei
atomici leggeri che generano, dalla loro interazione, il nucleo di un elemento
più pesante e la formazione di tantissima energia) si esaurirà. A quel
punto il cielo diventerà gelido e, se anche la Terra dovesse sopravvivere,
l’umanità sprofonderà in un inverno perenne … Allora, per rimanere in vita, i
nostri discendenti dovranno trovare un’altra fonte di energia … Dalla
fantascienza emerge una soluzione: estrarre energia dai buchi neri (cioè regioni dello spazio-tempo che non possono
emettere luce e in cui il campo gravitazionale è talmente forte che nulla, al
suo interno, può sfuggire all'esterno, nemmeno la luce). La brutta
notizia è che tale strada non può funzionare … I buchi neri sono circondati da
un orizzonte degli eventi (la superficie limite
oltre la quale nessun evento può influenzare un osservatore esterno),
una sfera di non ritorno in cui il campo gravitazionale (di un corpo, è la regione dello spazio in cui si
esercita l’attrazione gravitazionale del corpo stesso) diventa infinito.
Qualunque cosa penetri in questa sfera è condannata … Quello che entra (palla, bomba, asteroidi, razzi, luce) in un buco
nero non ne esce mai più. Tuttavia questo è quello che pensavamo. Ma poi,
Stephen Hawking (fisico, matematico britannico …
1942-), nel 1974, dimostrò che i buchi neri liberano piccole quantità di
radiazioni (chiamate, appunto radiazioni di
Hawking, cioè energia termica emessa dai buchi neri). Se ci cadiamo dentro,
moriamo lo stesso e non ne usciremo mai più, ma la nostra energia prima o poi
si … Il motivo per cui ciò accade lo si deve alla meccanica quantistica, e
precisamente all'effetto tunnel (nella meccanica
classica, per la legge di conservazione dell’energia, una particella non potrà
mai valicare una barriera se non ha sufficiente energia per farlo), che
permette alle particelle di attraversare ostacoli altrimenti insuperabili … Le
particelle sfuggono al campo gravitazionale infinito dell’orizzonte degli
eventi attraversandolo per effetto tunnel … Dato che i buchi neri irradiano,
possiamo sperare di sfruttare la loro energia … Il fatto che tale energia sia
immagazzinata al di fuori dell’orizzonte degli eventi ha portato all'ingegnosa
proposta di sfruttare il buco nero come miniera. Ci si avvicina, se ne preleva
l’atmosfera termica e la si porta via. Basta sospendere un contenitore vicino
all'orizzonte degli eventi (ma senza raggiungerlo),
riempirlo di gas incandescente e trainarlo via. Una parte del contenuto si
sarebbe allontanata in ogni caso, in forma di radiazione di Hawking, ma la
maggior parte del gas, se non fossimo intervenuti, sarebbe stata destinata a
ricadere dentro … In pratica l’idea fantascientifica sarebbe quella di creare
un ascensore spaziale, formato da un contenitore che scorre lungo un cavo
sospeso vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero, per raccogliere la
radiazione … Purtroppo tale congettura è falsa, irrealizzabile … Gli ostacoli
sono diversi. Il principale consiste nel trovare un materiale adatto per il
cavo, cioè un materiale resistente e leggero. L’acciaio non è robusto
abbastanza, nemmeno lontanamente. Oltre il peso di tutto quello che c’è di
sotto, ogni segmento di acciaio deve anche sostenere il proprio peso, e quindi il
cavo deve essere sempre più spesso via via che si va in alto … Neanche i tanto
decantati nanotubi di carbonio potrebbero resistere nell'intenso campo gravitazionale … Certo
possiamo aspettarci che gli scienziati inventino materiali sempre più robusti e
sempre più leggeri. Tuttavia il progresso non può andare avanti infinitamente.
C’è un limite all'ingegneria, al rapporto tra resistenza alla trazione e peso
di un materiale, un limite che è imposto dalle leggi stesse della natura … Più
una corda è tesa, più energia serve per aumentarne la lunghezza. In un elastico
è presente la tensione perché per allungarlo dobbiamo spendere energia per
ridisporre le molecole. Ma in questo caso, le molecole sono facile da
ridisporre (cioè energeticamente economiche)
perché la tensione è bassa. Quando, invece, la tensione è elevata, risulta
molto dispendioso riarrangiarle … Il senso è che non possiamo migliorare
indefinitamente i nostri materiali … Come i nostri sforzi di viaggiare sempre
più veloci si devono fermare alla velocità della luce, allo stesso modo quelli
di costruire materiali più robusti devono fermarsi a E = mc2 (formula di Einstein) … Dunque, quando il Sole si
spegnerà … sarà un gelido inverno.
(Adam Brown --- Energia dai buchi neri ... da Le Scienze- Aprile 2015 ---)
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