I “primi” 75 anni di Stephen Hawking
di Paolo Di Sia
Stephen William Hawking, fisico e matematico, uno dei più conosciuti fisici teorici del mondo, ha compiuto 75 anni l’8 gennaio scorso.
Noto in particolare per i suoi studi sui buchi neri e l’origine dell’universo, ha contribuito allo sviluppo della scienza con molte importanti scoperte, come la “radiazione di Hawking”, la teoria cosmologica detta “teoria di Hartle-Hawking” (teoria secondo cui il nostro universo potrebbe aver iniziato la sua “vita” in uno stato senza tempo), la “termodinamica dei buchi neri”, nonchè la partecipazione all’elaborazione di svariate teorie fisiche e astronomiche assieme ad altri scienziati, come il concetto di “multiverso”, la “formazione ed evoluzione delle galassie”, l’”inflazione cosmica”.
Hawking è vincolato all’immobilità da molti anni a causa di una malattia dei motoneuroni, forse atrofia muscolare progressiva o sclerosi laterale amiotrofica, che gli è stata diagnosticata nel 1963, a 21 anni. A causa della patologia egli comunica per mezzo di un sintetizzatore vocale tramite un computer.
Poco dopo il suo arrivo a Cambridge nel 1963, per le difficoltà crescenti nell’utilizzo delle mani e per alcune cadute, si sottopose ad accertamenti, che portarono alla diagnosi di una malattia degenerativa, che compromette la funzione di governo della contrazione muscolare, la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) o una malattia correlata. Hawking fu costretto ad usare il bastone e poi la sedia a rotelle. Gli vennero diagnosticati solo due anni di vita; tuttavia, dopo un difficile stato iniziale depressivo, egli proseguì i suoi studi, si sposò con Jane Wilde, prima moglie e sua infermiera, da cui ebbe tre figli.
La malattia ha avuto una progressione stranamente lunga e lenta; la perdita totale dei movimenti e della parola è avvenuta dopo più di vent’anni, mentre con la SLA di norma avviene entro 5-10 anni e con un’aspettativa di vita molto bassa.
Per coloro che non conoscono la fisica, Hawking è una persona su un sedia a rotelle che parla grazie all’ausilio di un computer; ma se lo si cerca su Google, risulta “uno dei più famosi scienziati viventi”. Hawking è diventato famoso con il suo libro del 1988 “Dal big bang ai buchi neri. Breve storia del tempo” (Dal big bang ai buchi neri. Breve storia del tempo, BUR Biblioteca Univ. Rizzoli, ISBN 88-17-25873-3 (A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes, Bantam Press, ISBN 0-553-05340-X)). Nel 1960, insieme a Roger Penrose, Hawking ha dimostrato che le singolarità si formano in condizioni abbastanza generali nella relatività generale di Einstein riguardante la forza di gravità, e messo a punto un quadro matematico per determinare quando queste condizioni sono soddisfatte. Una singolarità gravitazionale è un punto dello spazio-tempo dove il campo gravitazionale ha tendenza verso un valore infinito. Prima di questo lavoro, i fisici avevano sperato che le singolarità che apparivano in alcune soluzioni della relatività generale, fossero solo curiosità matematiche di scarsa rilevanza per la realtà fisica. Hawking ha invece dimostrato che non è così e anzi, al contrario, è difficile evitare tali singolarità.
Nel 1973, assieme a George Ellis, Hawking ha pubblicato il libro “La struttura su larga scala dello spazio-tempo” (“The Large Scale Structure of Spacetime”, Cambridge University Press, ISBN 978-11-39-81095-1), dove questa trattazione matematica viene dettagliatamente sviluppata.
Nel 1974 ha pubblicato le sue ricerche in cui dimostra che i buchi neri “evaporano”, emettono cioè radiazione termica, chiamata attualmente “radiazione di Hawking”. Questa evaporazione dei buchi neri comporta il “paradosso della perdita di informazione del buco nero”, problema ancora oggi irrisolto. Il contesto da lui studiato ha evidenziato con chiarezza come la combinazione della relatività generale con le teorie quantistiche dei campi del modello standard portano a grandi problemi. Ha dimostrato che c’è bisogno di una teoria della gravità quantistica per descrivere in modo coerente la natura.
Grazie al suo lavoro sui buchi neri, i fisici hanno capito e stanno capendo oggi che i buchi neri costituiscono un elemento comune per diversi campi della fisica; oltre alla relatività generale e alla teoria quantistica dei campi, abbiamo la termodinamica e meccanica statistica, l’informazione quantistica e la gravità quantistica, e senza dubbio l’astrofisica, mescolata alla filosofia. Attualmente la “fisica dei buchi neri” può essere considerata una sottodisciplina a sé stante.
Hawking ha cercato più volte di risolvere l’enigma della perdita di informazione del buco nero che lui stesso ha posto. Molti si chiedono se riuscirà a vincere il Premio Nobel; una possibilità potrebbe esserci in relazione alla sua scoperta della “radiazione di Hawking”. Uno dei grandi freni riguarda l’assenza di evidenze sperimentali in merito. I buchi neri astrofisici che attualmente possono essere osservati hanno una temperatura non misurabile in tempi futuri accettabili. Ma poiché la temperatura aumenta per masse più piccole, i buchi neri più leggeri sono più caldi, e potrebbero consentire una misura della radiazione di Hawking. I buchi neri di piccola massa possono essersi formati da fluttuazioni di densità dell’universo primordiale e sono quindi indicati come adeguati candidati alla misura di tale temperatura. Ad oggi non ne sono stati visti, tuttavia non è del tutto escluso che ciò non accada nel prossimo futuro.
C’è chi sostiene di aver misurato questa radiazione: si tratta di Jeff Steinhauer (http://www.lescienze.it/news/2016/08/16/news/buchi_neri_evaporano_radiazione_hawking-3199294/). Il suo lavoro è un po’ controverso e non da tutti accettato, ma si tratta di tempo e nuove verifiche sperimentali potrebbero convalidare ciò che ha riscontrato. E già si pensa a come sfruttare questa particolare proprietà della materia condensata; l’idea principale riguarda i computer quantistici (informazione quantistica sulla base di analoghi gravitazionali).
Oltre al suo enorme lavoro scientifico, Hawking è stato ed è un maestro di comunicazione della scienza, di divulgazione scientifica. Il suo libro del 1988 “Una breve storia del tempo” è stato un libro audace su idee astratte in un’area che allora era un po’ marginale nell’ambito della fisica teorica. Hawking, a sorpresa di tutti, ha dimostrato che il pubblico era interessato a questo tipo di problemi “esotici”, come ciò che succede se si cade in un buco nero, cosa è accaduto al Big Bang, se Dio aveva altra scelta quando ha creato le leggi della natura. Da allora, il panorama scientifico è molto cambiato; oggi ci sono in circolazione molti più libri di fisica teorica e sono molto più letti di allora.
In conclusione, Stephen Hawking ha giocato un ruolo decisamente importante nello sviluppo della scienza e nel dare spunti per ricerche nuove ed estreme. Oltre a questo, fa sicuramente riflettere la sua volontà di vivere e continuare a lavorare, a dispetto di una malattia davvero invalidante, che lo ha costretto su una sedia a rotelle con grandi problemi di salute per la maggior parte della sua esistenza. E’ certamente una fonte di ispirazione per tutti.
Articolo di Paolo Di Sia
Paolo Di Sia
Paolo Di Sia è attualmente professore aggiunto presso l’università degli studi di Padova e l’università degli studi di Bolzano. Ha conseguito una laurea (bachelor) in metafisica, una laurea (master) in fisica teorica, un dottorato di ricerca in fisica teorica applicata alle nano-bio-tecnologie e un dottorato di ricerca in matematica “honoris causa”. Si interessa del rapporto tra filosofia e scienza, di fisica alla scala di Planck, di nanofisica classica e quantistico-relativistica, di nano-neuroscienza, di fisica transdisciplinare e di divulgazione scientifica. È autore di 276 lavori distribuiti tra riviste nazionali e internazionali, capitoli di libri, libri, interventi accademici su web scientifici, pubblicazioni accademiche interne, lavori in stampa. È reviewer di vari international journals, membro di molte società scientifiche internazionali e international advisory/editorial boards, gli sono stati attribuiti vari riconoscimenti internazionali.
Paolo Di Sia
Università di Padova (Italy) & Libera Università di Bolzano (Italy)
E-mail: paolo.disia@libero.it
Webpage: www.paolodisia.com
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