Cosa fa l’entropia in un buco nero?
È una domanda che a prima vista sembra semplice, ma nasconde uno dei più grandi enigmi della fisica moderna.
Perché quando parliamo di entropia, parliamo di informazione, ordine e caos — i concetti che definiscono l’intero universo.
Negli anni ’70, due scienziati – Jacob Bekenstein e Stephen Hawking – cambiarono per sempre il modo in cui vediamo lo spazio, il tempo e persino la realtà. Scoprirono che i buchi neri non sono mostri cosmici che distruggono tutto, ma archivi dell’universo, capaci di conservare (forse) tutte le informazioni di ciò che inghiottono.
Ma allora… se nulla può sfuggire da un buco nero, dove va a finire l’entropia?
E se davvero l’universo fosse solo un enorme ologramma proiettato da una superficie invisibile?
Cosa significa davvero “entropia”? E perché è importante?
Prima di immergerci nei buchi neri, dobbiamo capire cosa sia l’entropia.
In termini semplici, l’entropia è una misura del disordine.
In ogni sistema fisico, l’entropia tende ad aumentare, secondo la seconda legge della termodinamica.
È il motivo per cui un cubetto di ghiaccio si scioglie, o perché l’universo si espande.
Con il tempo, l’ordine lascia spazio al caos.
Ma c’è un altro modo di vederla:
L’entropia misura quanta informazione ci manca per descrivere un sistema in modo completo.
Più un sistema è complesso, più è alta la sua entropia.
E i buchi neri, da questo punto di vista, sono il massimo della complessità cosmica.
Quando la fisica incontra l’assurdo: i buchi neri
Un buco nero nasce dal collasso gravitazionale di una stella massiccia.
La materia viene compressa in un punto infinitamente denso, una singolarità, dove la gravità è così intensa da piegare lo spazio e il tempo.
Intorno a questa regione si trova l’orizzonte degli eventi — una sorta di confine invisibile oltre il quale nulla può tornare indietro, nemmeno la luce.
Da qui il nome: “buco nero”.
Ma se nulla può uscire, come può un buco nero avere entropia o temperatura?
Per la fisica classica, era impossibile.
Un buco nero era un oggetto perfettamente ordinato, senza complessità interna.
Un abisso eterno.
Eppure… Bekenstein e Hawking dimostrarono il contrario.
Jacob Bekenstein e Stephen Hawking: la scoperta dell’entropia
Negli anni ’70, Jacob Bekenstein, giovane dottorando, ebbe un’intuizione geniale:
“Se un buco nero inghiotte qualcosa, deve aumentare la propria entropia.”
Ma l’idea sembrava assurda. Come può un oggetto che divora tutto aumentare il disordine?
Stephen Hawking, all’inizio, non era d’accordo. Poi fece i calcoli… e scoprì che Bekenstein aveva ragione.
Hawking dimostrò che i buchi neri posseggono una temperatura e un’entropia precise.
La loro entropia non cresce con il volume (come in ogni oggetto “normale”), ma con l’area dell’orizzonte degli eventi.
Formula di Bekenstein-Hawking:
S=\frac{kA}{4l_p^{2}}
Dove:
S = entropia del buco nero
A = area dell’orizzonte degli eventi
k = costante di Boltzmann
lₚ = lunghezza di Planck (l’unità di misura più piccola dell’universo)
In altre parole: più grande è il buco nero, più informazione può contenere.
Il paradosso dell’informazione nei buchi neri
E qui arriva il problema che ancora oggi divide i fisici.
Se un buco nero inghiotte una stella, o persino un’intera galassia, tutta quell’informazione sembra sparire per sempre.
Ma secondo le leggi della meccanica quantistica, l’informazione non può mai essere distrutta.
Nasce così il celebre paradosso dell’informazione nei buchi neri:
La relatività generale dice che tutto dentro un buco nero scompare.
La meccanica quantistica dice che l’informazione non può sparire.
Chi ha ragione?
Questo conflitto ha spinto la fisica moderna verso nuove frontiere teoriche.
E la risposta potrebbe essere nascosta proprio… nell’entropia.
La radiazione di Hawking: quando i buchi neri “evaporano”
Stephen Hawking fece un passo oltre:
scoprì che i buchi neri non sono completamente neri.
A causa degli effetti quantistici vicino all’orizzonte degli eventi, i buchi neri emettono una debolissima radiazione termica.
Col tempo, perdono massa ed evaporano lentamente.
Ma se il buco nero evapora, che fine fa l’informazione intrappolata dentro di lui?
Questo è il cuore del mistero.
L’entropia del buco nero diminuisce? Si conserva? Si trasferisce nella radiazione?
Nessuno lo sa con certezza, ma alcune teorie offrono risposte affascinanti.
Il principio olografico e la memoria dell’universo
Negli anni ’90, i fisici Gerard ’t Hooft e Leonard Susskind proposero un’idea rivoluzionaria ispirata proprio all’entropia dei buchi neri:
Tutte le informazioni contenute in un volume di spazio possono essere rappresentate da dati codificati sulla sua superficie.
È il principio olografico.
In pratica, l’universo intero potrebbe comportarsi come un ologramma:
ciò che percepiamo in tre dimensioni sarebbe una proiezione di informazioni bidimensionali scritte su un “confine cosmico”.
Questo principio spiega perché l’entropia di un buco nero cresce con l’area e non con il volume:
tutte le informazioni al suo interno sarebbero “stampate” sulla superficie dell’orizzonte degli eventi.
In altre parole: il buco nero è come un archivio perfetto, dove ogni bit di informazione viene conservato sul bordo, non nel cuore del mostro.
Se l’universo è un ologramma, cosa significa per noi?
L’idea dell’universo olografico non è solo una curiosità teorica — cambia tutto.
Potrebbe significare che la realtà tridimensionale che viviamo è una proiezione, e che le vere leggi fisiche operano su una “superficie cosmica” lontana.
Fisici come Juan Maldacena hanno sviluppato modelli matematici (come la corrispondenza AdS/CFT) che supportano questa ipotesi.
In questi modelli, la gravità (come nei buchi neri) emerge da una realtà quantistica più profonda, codificata su due dimensioni.
Sembra fantascienza, ma è pura fisica teorica.
E tutto nasce da un semplice concetto: entropia.
Le implicazioni filosofiche e cosmiche
Se tutto è informazione, allora nulla va davvero perduto.
Ogni atomo, ogni stella, ogni pensiero è parte di un gigantesco codice cosmico.
I buchi neri, da nemici della materia, diventano così guardiani dell’informazione.
Forse, quando l’universo finirà, le sue ultime tracce saranno incise sull’orizzonte dell’ultimo buco nero, come parole di luce su un confine oscuro.
E se l’universo stesso possiede un orizzonte degli eventi — il cosiddetto orizzonte cosmologico — allora forse tutta la nostra realtà è già “scritta” su di esso.
Cosa resta ancora da scoprire
Nonostante i progressi enormi della fisica teorica, restano aperte molte domande:
L’informazione è davvero conservata durante l’evaporazione di un buco nero? Come si collega la gravità con la meccanica quantistica? L’universo olografico è reale o solo una metafora matematica?
E se potessimo leggere il “codice” inciso sui confini dello spazio-tempo?
Le risposte a queste domande potrebbero ridefinire il concetto stesso di realtà.
Conclusione – I buchi neri come archivi dell’universo
Forse ogni buco nero non è un abisso senza ritorno, ma una biblioteca cosmica, dove l’universo archivia ogni evento, ogni particella, ogni pensiero.
L’entropia, in questo senso, non è solo disordine: è memoria.
È la misura di quanto l’universo ricorda se stesso.
Come scrisse Stephen Hawking:
“L’informazione non può andare perduta, nemmeno in un buco nero. Alla fine, tutto torna a emergere… anche se in forme che ancora non comprendiamo.”
E forse, quando capiremo davvero cosa fa l’entropia in un buco nero, scopriremo il segreto stesso della realtà.
Fonti scientifiche e di approfondimento:
S. W. Hawking, Black Hole Explosions?, Nature, 1974
Leonard Susskind, The Black Hole War, 2008
Juan Maldacena, The Large N Limit of Superconformal Field Theories and Supergravity, 1998
NASA – Black Holes and Information Paradox
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