Il termine Black Hole (buco nero) è uno dei concetti più celebri della fisica moderna, ma la sua origine linguistica è complessa ed affonda le radici non solo nella Relatività Generale, ma anche nella storia coloniale britannica del XVIII secolo. (1) L’idea di un oggetto così massiccio da impedire perfino alla luce di sfuggire alla sua attrazione gravitazionale è molto più antica del termine stesso. Già nel 1783 il geologo e astronomo inglese John Michell ipotizzò l’esistenza di “stelle oscure” dotate di una gravità tanto intensa da trattenere la luce. (2) Nel 1796 il matematico francese Pierre-Simon Laplace sviluppò idee analoghe.
Tuttavia, queste speculazioni rimasero marginali fino al XX secolo, quando la teoria della relatività generale di Albert Einstein fornì il quadro matematico necessario per descrivere il collasso gravitazionale estremo. Nel 1916 Karl Schwarzschild trovò la prima soluzione esatta delle equazioni di Einstein, descrivendo il campo gravitazionale di una massa sferica. Tale soluzione conteneva una superficie critica, oggi nota come orizzonte degli eventi, oltre la quale nulla può ritornare. (3)
Per molto tempo gli oggetti che oggi chiamiamo "buchi neri" venivano descritti con formulazioni lunghe e poco eleganti quali “stelle collassate gravitazionalmente”, “oggetti completamente collassati”, “masse congelate” (frozen stars) o “singolarità gravitazionali”: termini tecnicamente corretti ma poco efficaci dal punto di vista comunicativo.
L’introduzione ufficiale del termine viene generalmente attribuita al fisico teorico americano John Archibald Wheeler. Nel dicembre 1967, durante una conferenza pubblica a New York, Wheeler stava discutendo gli oggetti collassati previsti dalla relatività generale. Secondo il racconto più diffuso qualcuno dal pubblico suggerì l’espressione “black hole” che Wheeler adottò immediatamente, riconoscendone la straordinaria efficacia comunicativa. Dal 1968 egli iniziò a utilizzare sistematicamente il termine nelle pubblicazioni scientifiche, contribuendo alla sua rapida diffusione.
Tuttavia Wheeler non inventò necessariamente l’espressione dal nulla: esistono testimonianze secondo cui il termine circolava già informalmente tra fisici e militari statunitensi già dall’inizio degli anni Sessanta. Wheeler fu soprattutto colui che lo rese rispettabile e universalmente accettato nella comunità scientifica. (4)
L’espressione Black Hole era infatti già famosa nel mondo anglosassone molto prima della nascita dell’astrofisica moderna: richiamava immediatamente il cosiddetto "Black Hole of Calcutta", un episodio avvenuto nel 1756 durante le guerre tra la Compagnia delle Indie Orientali britannica e il Nawab del Bengala.
Secondo il racconto tradizionale, dopo la caduta di Fort William a Calcutta, numerosi prigionieri britannici furono rinchiusi per una notte in una piccola cella sotterranea soffocante e molti di essi morirono per il caldo e la mancanza d’aria.
Anche se gli storici moderni ritengono che il numero delle vittime sia stato probabilmente esagerato dalla propaganda coloniale britannica, il termine “Black Hole of Calcutta” entrò stabilmente nella lingua inglese come metafora di un luogo senza via d’uscita, uno spazio oscuro e opprimente; una trappola da cui nulla ritorna.
Quando negli anni Sessanta i fisici cercavano un nome per gli oggetti collassati previsti dalla relatività generale, l’espressione “black hole” possedeva già una potente risonanza culturale: là dove l'espressione Black Hole of Calcutta evocava un luogo oscuro associato alla morte, una trappola da cui sia difficile uscirne, un Black Hole astrofisico è caratterizzato da una regione invisibile con un'orizzonte dal quale sia impossibile uscire, che intrappola luce e materia e associato alla distruzione gravitazionale.
Non esiste una prova definitiva che Wheeler abbia scelto il termine pensando esplicitamente all’episodio di Calcutta, ma molti storici della scienza ritengono estremamente probabile che il significato culturale preesistente abbia favorito la sua adozione.
Inizialmente alcuni scienziati consideravano il termine Black Hole poco elegante o addirittura volgare; alcuni fisici britannici lo giudicavano troppo sensazionalistico, mentre in francese la traduzione trou noir suggerisce doppi sensi.
Nonostante queste resistenze il nome si impose rapidamente perché riusciva a condensare in due sole parole un concetto fisico molto complesso: una regione dello spaziotempo dalla quale nessuna informazione può raggiungere l’esterno.
Uno degli oggetti più estremi dell’universo porta un nome che unisce la relatività generale di Einstein, la storia dell’Impero britannico e l’evoluzione del linguaggio scientifico: raro esempio in cui una delle parole più famose della fisica moderna deriva indirettamente da un episodio storico avvenuto oltre due secoli prima della sua consacrazione astronomica.
Note:
(1) Vedi il saggio "Affrontare l'infinito" di Jonas Enander dal quale ho tratto molte delle notizie riportate nel post. (2) Interessante il racconto di Enander di come Michell fosse arrivato ad ipotizzare l'esistenza di "stelle oscure".
Alla fine del '700 la tecnologia a disposizione non permetteva la misurazione della distanza delle stelle attraverso il metodo della parallasse: troppo lontani quei corpi celesti e troppo imprecisi i telescopi del tempo.
Michell applicò alla luce il concetto newtoniano di velocità di fuga: se la luce fosse costituita da particelle, una stella sufficientemente massiccia potrebbe trattenerle gravitazionalmente.
Postulò che la luce fosse composta da particelle (dotate di massa) in grado di viaggiare a velocità enormi, anch'esse soggette alla forza di gravità che sarebbe stata in grado di rallentarle: misurando la velocità della luce emessa da una stella sarebbe stato così possibile ricavarne la massa.
All'epoca erano state eseguite misurazioni della velocità della luce che restituivano un valore abbastanza preciso, intorno ai 300.000 km/sec.
Michell ritenne che questa velocità fosse determinata dalla forza di gravità del Sole, la cui dimensione era stimata oltre centomila volte quella della Terra.
I suoi calcoli lo portarono a ritenere che una stella con un diametro pari a 500 quello del Sole (superiore all'orbita di Marte!), dotata quindi di una massa pari a 125 milioni di volte quella della nostra stella, eserciterebbe un'attrazione tale da impedire alle particelle di luce di lasciare la sua superficie.
Seppur dubitasse dell'esistenza di tali corpi celesti del tutto invisibili, suggerì un metodo per individuarli: osservare il movimento di altre stelle nei dintorni.
È sostanzialmente lo stesso principio utilizzato oltre due secoli dopo da Reinhard Genzel e Andrea Ghez: dedurre la presenza di una massa invisibile osservando il moto delle stelle che le orbitano attorno.
(3) Una precisazione storica importante riguarda le circostanze della morte di Karl Schwarzschild.
Nella narrazione tradizionale si legge spesso che il fisico morì sul fronte orientale a causa delle privazioni, delle malattie e delle dure condizioni della Prima guerra mondiale, e che proprio su questo fronte avrebbe scoperto la soluzione alle equazioni della RG che porta il suo nome: non è così.
Schwarzschild si arruolò volontario come ufficiale di artiglieria nell’esercito tedesco all'inizio della prima guerra mondiale e fu mandato di stanza a Mulhouse (sul fronte occidentale) occupata nei primi giorni di guerra con la Francia dalle truppe tedesche.
Non partecipava agli scontri: suo compito era calcolare l'impatto di umidità, pioggia e vento sulle traiettorie dei proiettili d'artiglieria.
Alloggiava in una villa requisita ad un industriale tessile francese, dotata di elettricità, riscaldamento e di condizioni decisamente più confortevoli rispetto a quelle comunemente associate alla vita di trincea.
Fu qui che, alla fine del 1915, scrisse la famosa lettera ad Einstein.
Schwarzschild, sempre nel 1915, prestò in seguito servizio per un breve periodo in Lituania sul fronte orientale ed in questo periodo si manifestò una grave malattia autoimmune, il pemfigo volgare (pemphigus vulgaris), allora quasi sempre fatale.
Si tratta di una patologia che provoca la formazione di vesciche diffuse sulla pelle e sulle mucose, con forti dolori, rischio di infezioni e progressivo debilitamento generale, che nel suo caso aveva probabilmente origine genetica: non si trattò quindi di una “malattia da trincea” né di un’infezione tipica delle campagne militari.
È vero che il servizio al fronte aggravò le sue condizioni fisiche e rese più difficile ricevere cure adeguate, ma la causa della morte fu la malattia autoimmune stessa.
Dopo essere stato trasferito lontano dalla linea del fronte per motivi di salute, morì l'11 maggio 1916 a Potsdam, in Germania.
Negli ultimi mesi di vita Schwarzschild continuò comunque a produrre lavori scientifici di altissimo livello; la sua morte a soli 42 anni privò l'astronomia e la fisica teorica di uno degli scienziati più brillanti della sua generazione, lasciando aperta la domanda su quali ulteriori contributi avrebbe potuto dare allo sviluppo della relatività generale.
La persistenza della versione romantica del "genio consumato dalla guerra" dipende da diversi fattori: la morte avvenne durante il conflitto, Schwarzschild era effettivamente impegnato al fronte e l’immagine dello scienziato che elabora una teoria rivoluzionaria tra le difficoltà della guerra esercita un forte richiamo narrativo. Tuttavia, dal punto di vista storico-medico, la spiegazione corretta è che Schwarzschild morì per le complicazioni del pemfigo volgare, non direttamente per le condizioni del fronte orientale.
(4) Un ruolo importante nell'affermazione del termine fu svolto anche dalle scoperte osservative degli anni Sessanta.
Nel 1963 venne identificato il primo quasar, mentre pochi anni dopo si iniziò a raccogliere evidenza dell'esistenza di sorgenti compatte estremamente energetiche.
La comunità astronomica aveva ormai bisogno di un termine semplice e immediatamente riconoscibile per indicare questi oggetti teorici che stavano rapidamente diventando protagonisti dell'astrofisica osservativa.
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