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Il contributo di Oppenheimer alla fisica moderna

Ricordato quasi esclusivamente per il ruolo avuto nel progetto Manhattan, questo scienziato aveva svolto in realtà, negli anni trenta, ricerche fondamentali per lo sviluppo della fisica teorica.

di John Ridgen

J. Robert Oppenheimer, nasce a New York il 22 aprile 1904. Fisico di chiare origini ebraiche (non osservante) La sua fama oltre che a un contributo senza precedenti alla QED (elettrodinamica quantistica) il suo nome resta fortemente legato alla cstruzione della bomba atomica. Conseguentemente ebbe un rifiuto morale verso questa arma di distruzione di massa che gli fece rifiutare l'incarico per la costruzione di una nuova arma, quella chiamata bomba all'idrogeno. Nel 1963 gli fu conferito il premio Fermi, che lo avrebbe "riabilitato", dopo aver subito uno scandaloso processo inflittogli dai seguaci anticomunisti (maccartismo). Oppenheimer aveva mostrato segni chiari di pentimento per aver contribuito alla costruzione della bomba atomica e questo lo portò a essere considerato "uomo contradditorio" e non più degno di accedere ai laboratori di ricerca nucleare degli Stati Uniti.

Bibliografia:
Abraham Pais. Oppenheimer. Dalla bomba atomica alla guerra fredda: la tragedia di uno scienziato. Milano, Mondadori, 2007. Kai Bird e Martin J. Sherwin. Robert Oppenheimer, il padre della bomba atomica. 1^a ed. Milano, Garzanti Libri (Collezione storica), 2007.

Il 16 luglio 1945, sul far del giorno,1 lampo di luce innaturale e squarciò il cielo sopra il deserto del New Mexico. Tra i testimoni di quell'evento vi erano molti dei più celebri fisici di questo secolo. Mentre osservavano il bagliore accecante attraverso occhiali di protezione da saldatori, essi furono anche subitaneamentre percossi da una drammatica consapevolezza: l'era nucleare aveva avuto inizio. E il testimone principe - colui che aveva diretto fin dagli esordi il progetto della bomba atomica - era J. Robert Oppenheimer. Costui era un individuo speciale. Il suo acume intellettuale, i suoi molteplici interessi, il fisico gracile e la personalità eterea ne avrebbero fatto un uomo dai contorni leggendari. Dopo la seconda guerra mondiale Oppenheimer divenne un personaggio pubblico, noto per aver guidato i fisici che costruirono la bomba atomica al Los Alamos Laboratory. Il suo successo nella veste di direttore del progetto Manhattan gli conferì una notevole influenza, e per un certo periodo poté godere di autorevolezza indiscussa e di una posizione dominante. Ma nel giugno 1954, nel pieno della paranoia anticomunista alimentata dal maccartismo, la US Atomic Energy Commission (AEC) giudicò che Oppenheimer difettava di carattere, e lo additò come un rischio per la sicurezza nazionale. Albert Einstein e altri scienziati dell'Institut for Advanced Study di Princeton, di cui Oppenheimer era direttore, gli manifestarono pubblicamente il loro appoggio, e in ottobre l'amministrazione dell'istituto gli prorogò la nomina nel ruolo, che mantenne fino a un mese prima di morire, nel febbraio 1967. Eppure, dopo le decisioni dell'AEC, l'immagine diafana di Oppenheimer sempre più simile a quella di un uomo a pezzi. Ben pochi storici della scienza hanno scritto di quel Oppenheimer che - 10 anni prima della guerra - aveva dato vigore alla fisica teorica statunitense. Vi sono due ragioni per considerare tanto più increscioso questo disconoscimento.
Oppenheimer aveva esordito come fisico nel più straordinario dei periodi: proprio quando cioè la meccanica quantistica della fisica nucleare andavano prendendo forma, arrecando grandi mutamenti e concetti tradizionali della fisica. In secondo luogo, per quanto sia stato spesso descritto come una figura non di primo piano, Oppenheimer ha di fatto apportato molti contributi significativi in diverse aree fondamentali della ricerca fisica, prima di occupare il suo posto a Los Alamos. A Oppenheimer vanno ascritti i fondamenti degli studi attuali di fisica molecolare. Egli fu il primo a comprendere l'effetto tunnel quantistico, che è alla base del funzionamento del microscopio a scansione oggi impiegato per rilevare la struttura delle superfici a scala atomica. Oppenheimer andò vicino a prevedere l'esistenza del positrone, l'antiparticella dell'elettrone; sollevò la questione di alcune difficoltà cruciali dell'elettrodinamica quantistica; sviluppò la teoria sulle piogge di raggi cosmici. Infine, molto prima che le stelle di neutroni e i buchi neri entrassero a far parte del nostro panorama celeste, Oppenheimer dimostrò che stelle di grande massa possono collassare sotto l'influsso della forza gravitazionale.

Dalla chimica alla fisica

Come molti fisici della sua epoca, Oppenheimer aveva studiato chimica. <<rispetto alla fisica -disse- [La chimica] comincia proprio nel cuore delle cose>>. Matricola ad Harvard, capì che <<ciò che amavo della chimica era molto vicino alla fisica>>. Così, la primavera successiva, sottopose un piano di studi al Dipartimento di fisica e fu ammesso al corso di laurea. Si iscrisse a molti corsi di fisica, ma poiché i suoi interessi e gli studi erano molto diversi, dichiarò poi di aver attinto solo <<una familiarizzazione molto rapida e superficiale con alcune parti della fisica>>. Scrisse: <<sebbene mi piacesse lavorare, ero stato troppo dispersivo, e me la cavai così con somma fatica; ottenne il massimo dei voti in tutti quegli esami, anche se non penso che l'avrei meritato>>. E se ciò fosse vero o no, Oppenheimer acquisì una notevole esperienza lavorando nel laboratorio di Percy W. Bridgman, un privilegio che ottenne in virtù della sua ottima preparazione. Negli anni 20 la fisica statunitense era dominata dagli sperimentalisti come Bridgman, e fu tra i primi a studiare le proprietà della materia ad alta pressione e che aveva costruito gran parte delle apparecchiature sperimentali necessarie per quel tipo di studi. Quindi, per le sue esperienze di studente, Oppenheimer non faceva distinzioni tra fisica teorica sperimentale, anche perché la prima era un'attività decisamente europea. <<non sapevo che avrei finito per fare una vita di questo genere [da fisico teorico]!>> Disse una volta, ripensando ai suoi giorni da studente. Per questa ragione, mentre si avvicinava alla laurea (che avrebbe conseguito nel 1925), aspirava a lavorare al Cavendish Laboratory di Cambridge con Ernest Rutheford,1 dei più grandi sperimentalisti del secolo. Rutheford aveva condotto i primi tentativi per rivelare il nucleo dell'atomo, estremamente piccolo e pesante. Egli non fu però impressionato dalle credenziali di Oppenheimer e ne respinse pertanto la domanda. Oppenheimer scrisse allora a Joseph Thomson, un altro celebre sperimentalista dei a Cavendish Laboratory, che accettò la sua domanda come studente ricercatore e lo relegò a lavorare in un angolo della stanza, a far depositare pellicole sottili su un supporto di collodio.  <<sto passando veramente un periodo orribile>> scrisse il 1 novembre 1925 a un vecchio amico. <<il lavoro di laboratorio è di una noia mortale, e mi sento così male che mi è impossibile avere l'impressione di imparare alcunché>>. L'inverno successivo fu un periodo buio per Oppenheimer, ma con l'inizio della primavera si schiusero nuove possibilità. Rutheford finalmente gli parlò e lo fece conoscere a Niels Bohr in visita al Cavendish Laboratory. Inoltre, attraverso Patrick M. S. Blackett, incontrò Paul Ehrenfest dell'Università di Leida. Strinse anche amicizia con due autorevoli fisici di Cambridge: Paul A. M. Dirac e Ralph H.Fowler. Tutti costoro erano teorici e aiutarono Oppenheimer ad ampliare le proprie prospettive. Fowler, dotato di particolare perspicacia, gli consigliò di imparare il nuovo formalismo quantomeccanico di Dirac e di applicarlo agli spettri a bande, operando una fusione tra la vecchia della nuova scienza in un campo non ancora esplorato. Oppenheimer fu assorbito dal problema e negli anni successivi sviluppò la moderna teoria degli spettri continui. Questo lavoro non solo lo portò a pubblicare il suo primo articolo, ma segnò anche l'inizio della sua carriera come fisico teorico. Quando Max Born fu ospite del Cavendish Laboratory nell'estate del 1926 e propose Oppenheimer di proseguire gli studi al centro di fisica teorica dell'Università di Gottinga, questi accettò immediatamente. <<mi sentii completamente sollevato dalla responsabilità di tornare al laboratorio>> disse nel 1963 in una intervista al filosofo Thomas Kuhn. Fu a Gottinga che Oppenheimer prese per la prima volta coscienza dei problemi con cui erano alle prese i fisici europei. <<La scienza è molto migliore [qui]>> scrisse nel novembre 1926 all'amico Francis Furgusson. A quell'epoca Born, Werner Heisenberg e Pasqual Jordan erano tutti a Gottinga, e stavano formulando la teoria della meccanica quantistica.

Born, celebre professore, invece di Gottinga un luogo migliore di ogni altro per apprendere gli intricati concetti della nuova teoria, e Oppenheimer apprese in fretta. Nel dicembre 1926, appena quattro mesi dopo aver accettato l'offerta per Gottinga, inviò l'articolo  La teoria quantistica degli spettri continui all'autorevole rivista tedesca <<Zeitschrift Physik>>. Questo articolo era, di fatto, un compendio di quella che sarebbe stata la sua dissertazione. Dopo aver conseguito il dottorato a Gottinga nel marzo 1927 trascorsi i due anni successivi uno negli Stati Uniti e uno in Europa, come membro del National Research Council. Durante questo periodo Oppenheimer trasse grande giovamento dall'amicizia con eminenti fisici europei. <<mi diedero un certo senso e... un certo gusto della fisica>> disse a Kuhn. Inoltre, i problemi teorici che studiava erano di sua libera scelta. Più tardi, negli anni 30, forse a causa della sua esperienza di laboratorio, Oppenheimer lavorò vicino a sperimentalisti molti dei quali dovevano ammettere come la sua comprensione dei risultati fosse migliore della loro.

Atomi e molecole

Quando si scoprì che l'atomo emette spettri discreti nelle transizioni tra stati energetici, divenne chiaro che la fisica dei secoli precedenti era ormai inadeguata. Da quel momento, atomi e molecole offrirono un naturale terreno di prova per la nuova teoria della meccanica quantistica e per Oppenheimer stesso. Il suo primo contributo fondamentale consistette nel trovare un modo di semplificare l'analisi degli spettri molecolari. Interpretando gli spettri, i fisici determinano la struttura e le proprietà delle molecole. Ma una descrizione quantomeccanica esatta anche di una molecola semplice è complicata dal fatto che elettroni e nuclei atomici che costituiscono quella molecola interagiscono tutti fra loro.Oppenheimer comprese che, a causa della grande differenza tra la massa del nucleo e quella degli elettroni, queste interazioni potevano essere decisamente ignorate. I nuclei, dotati di grande massa, reagiscono così lentamente alle mutue forze di interazione che gli elettroni completano diversi cicli del loro moto mentre i nuclei ne percorrono solo una piccola porzione. Mentre era in vacanza, Oppenheimer scrisse una breve memoria sull'argomento e la inviò a Born che, sbalordita da tanta concisione, sfornò uno scritto di 30 pagine in cui dimostrava che il moto rotazionale e vibrazionale dei nuclei può essere trattato separatamente dal moto degli elettroni. Oggi, l'approssimazione di Born-Oppenheimer è il punto di partenza per i fisici e i chimici impegnati nell'analisi molecolare. Successivamente Oppenheimer determinò la probabilità che un atomo catturi l'elettrone di un altro atomo. A partire dall'approssimazione di Born-Oppenheimer, dimostrò che tale probabilità è indipendente dal potenziale internucleare tra i due atomi. Infatti, nel 1928, Oppenheimer scoprì anche un altro comportamento quantomeccanico: l'effetto tunnel, che si verifica sotto diverse condizioni teoriche. Un elettrone, per esempio, può sfuggire dai confini entro i quali è normalmente imprigionato se si comporta come una infinitesimale palla da biliardo. L'esempio di effetto tunnel più famoso è quello che avviene quando un nucleo espelle una particella alfa per decadimento radioattivo. Classicamente, la particella non ha alcuna possibilità di lasciare il nucleo. Quantisticamente, invece, la particella alfa può subire l'effetto tunnel attraverso la barriera di potenziale che la circonda e sfuggire al nucleo. Durante l'estate del 1928, i fisici George Gamow e indipendentemente, U. Condon e Ronald W. Gurney spiegarono la disintegrazione radioattiva per effetto tunnel. I libri di testo sono perfettamente d'accordo su questa circostanza,  ma sottintendono anche che questi scienziati abbiano scoperto il fenomeno, il che non è vero. Diversi mesi prima, in marzo, Oppenheimer aveva proposto per i <<Proceedings of the National Academy of Sciences>> un articolo in cui considerava l'effetto di un campo elettrico su un atomo. Classicamente,1 atomo può essere dissociato soltanto da un campo elettrico intenso. Da una prospettiva quantistica, invece,1 debole campo può separare l'elettrone da un nucleo a cui appartiene perché l'elettrone può subire effetto tunnel e attraversare la barriera che lo lega al nucleo. Oppenheimer dimostrò che un debole campo elettrico può liberare elettroni dalla superficie di un metallo. Nel 1982 Gerd Binning e Heinrich Rhorer, del laboratorio di ricerca IBM di Zurigo, hanno progettato il microscopio a scansione a effetto tunnel sulla base di questo principio, 54 anni dopo che Oppenheimer lo aveva scoperto.


Campi e particelle

Oppenheimer trascorse i suoi ultimi mesi in Europa, dal gennaio al giugno 1929, con Wolfgang Pauli alla Eidgenossische Technische Hochschule di Zurigo. Dopo questo apprendistato, gli interessi di Oppenheimer si spostarono dalle applicazioni della meccanica quantistica a problemi fondamentali della fisica. La scelta di tempo per questo spostamento fu perfetta. In quella primavera ricevette offerte della California Institute of Technology e dall'Università della California a Berkeley; in entrambe le sedi si svolgeva ricerca di prima linea sulle questioni fondamentali. Robert A. Millikan, e nel 1925 aveva coniato l'espressione <<raggi cosmici>> era al Caltech, e Ernest O. Lawrence, che nel 1930 avrebbe costruito il primo ciclotrone, studiava fisica nucleare a Berkeley. Oppenheimer accettò entrambe le offerte, passando solitamente il semestre invernale a Berkeley e quello estivo al Caltech. In entrambe le scuole egli attrasse i migliori studenti, che contribuirono a portare la fisica statunitense ai massimi livelli. Una delle più accalorate controversie dell'inizio degli anni 30 riguardava una teoria proposta da Dirac. Il 2 gennaio 1928, il direttore della rivista <<Proceedings of the Royal Society>> ricevette un vecchio manoscritto di Dirac intitolato La teoria quantistica dell'elettrone che, insieme con una seconda parte pubblicata un mese più tardi, rappresentò probabilmente la più significativa realizzazione di Dirac. L'equazione d'onda relativistica che egli aveva formulato suscitò l'entusiasmo dei fisici, dato che comprendeva lo spin della particella e i corretti autovalori del momento magnetico. L'articolo, però, provocò anche reazioni altamente contrariate; nel luglio 1928 Heisenberg scrisse a Pauli:<<il capitolo più triste della fisica moderna è e rimane la teoria di Dirac>>. Il problema principale dell'equazione d'onda di Dirac era che dava soluzioni corrispondenti sia a stati di energia positiva sia a un numero infinito di stati energia negativa. In una simile situazione, la meccanica quantistica prevede che gli elettroni possano saltare in questi stati di energia negativa, e perciò che vi possano finire tutti quanti. Dunque, gli ordinari elettroni non dovrebbero esistere. Per superare questa difficoltà, Dirac immaginava che questi stati di energia negativa fossero occupati da un'infinità di elettroni. Se una parte di questi stati non fosse stata occupata, però, sarebbe apparsa come un insieme di lacune positive in un mare di carica negativa. Nel marzo 1930 Dirac pubblicò un articolo in cui asseriva che queste lacune positive erano protoni ma Oppenheimer, che aveva letto l'articolo prima della pubblicazione, replicò, in una lettera a <<Physical Review>> pubblicata lo stesso mese, che non lo erano.

Egli indicò che, se le lacune positive della teoria di Dirac fossero protoni, allora elettroni e protoni si annichilerebbero reciprocamente, ragione per cui la materia avrebbe una vita media di 10 alla meno 10 secondi. Osservò inoltre che le particelle positive postulate dalla teoria di Dirac avrebbero dovuto avere la stessa massa dell'elettrone. In effetti, queste lacune positive erano positroni, le antiparticelle degli elettroni, ma nel 1930 questa particella era ignota e inaspettata. Nel contestare Dirac, comunque, Oppenheimer andò vicino a prevederne l'esistenza. Anche dopo la scoperta del positroni, compiuta nel 1932 dal fisico Carl Anderson del Caltech, il lavoro di Dirac era tormentato da problemi. Oppenheimer e altri fisici che lavoravano all'elettrodinamica quantistica (QED) avevano molti dubbi sulla teoria di base. Nel 1930, per esempio, Oppenheimer dimostrò che, quando la teoria pubblicata in quello stesso anno da Heisenberg e Pauli veniva applicata alle interazioni tra gli elettroni, i protoni e il campo elettromagnetico, lo spostamento delle linee spettrali era infinito. Lo scetticismo di Oppenheimer riguardo alla QED fu tenuto vivo per tutti gli anni 30 da anomalie nel suo lavoro sui raggi cosmici causate dal muone e da altre particelle di elevata energia e sconosciute all'epoca. Se Oppenheimer avesse avuto a disposizione un risultato sperimentale sull'atomo di idrogeno ottenuto solo dopo la guerra dal suo allievo Willis E. Lamb, si può immaginare che avrebbe sin da allora risolto il fastidioso problema degli infiniti. Nel 1931 Oppenheimer tentò di trovare per il fotone un'equazione analoga a quella di Dirac per l'elettrone. Non vi riuscì, ma con quelli studi dimostrò quella differenza fondamentale tra particelle a spin intero e a spin semiintero che più avanti costituì la base della dimostrazione formale di Pauli sulla connessione tra spin e statistica.

Creazione e distruzione di materia

Secondo la meccanica quantistica, sia la creazione sia l'annichilazione di materia -soggette alle leggi di conservazione dell'energia del momento- sono possibili. Un raggio gamma, per esempio, può dare origine a un elettrone e a un positrone attraverso un processo che prende il nome di produzione di coppie (pair production). Stranamente, Oppenheimer non formulò l'ipotesi della produzione di coppie ma, insieme con il suo allievo Milton S. Plesset, ne fornì la corretta descrizione nel 1933. Un anno dopo, lavorando con Wendell H. Furry, sviluppò la teoria dell'elettrone e del positrone essenzialmente nella sua forma moderna. Essi dimostrarono che la carica osservata dell'elettrone non è la sua carica reale, e con ciò anticiparono il fenomeno che prende il nome di normalizzazione della carica, che contribuì a spiegare alcune delle prime difficoltà che circondavano gli infiniti della QED. Negli anni 30, la maggior parte della sperimentazione in fisica delle alte energie veniva realizzata nell'atmosfera terrestre. In quell'ambiente particelle di origine cosmica e dotate di energia dell'ordine dei gigaelettronvolt bombardano gli atomi dell'atmosfera. Nel 1932, durante uno studio della redazione cosmica in camera a nebbia, Anderson scoprì per la prima volta il positrone. Se una lastra metallica, per esempio di piombo, è collocata in una camera a nebbia, la traccia di un singolo raggio cosmico incidente sulla superficie superiore della lastra può dar luogo a un gran numero di tracce che si dipartono da un punto della superficie inferiore della lastra stessa. Oppenheimer e il suo allievo J. Franklin Carlson dimostrarono che queste <<piogge>> di raggi cosmici -che normalmente consistono di fotoni, elettroni e positroni - sono generate da una cascata di produzione di coppie elettrone-positrone. Lo spessore della lastra di piombo, naturalmente, può essere fatto variare. Oppenheimer e Carlson notarono che, se un raggio cosmico primario  è un fotone o un elettrone, una lastra di piombo dello spessore di 20 cm assorbe tutta la radiazione risultante negli intervalli di energia osservati sperimentalmente. Ulteriori dati, tuttavia, rivelarono che la penetrazione superava le profondità che potevano essere attribuite a un fotone o a un elettrone. Ne conclusero che esistesse un altro componente dei raggi cosmici, e infatti pochi mesi dopo gruppi del Caltech e di Harvard scoprirono contemporaneamente una nuova particella. Oppenheimer e il suo collega di Berkeley Robert Serber identificarono immediatamente questa particella come quella prevista dal fisico giapponese Hideki Yukawa per spiegare le forze nucleari. In effetti la nuova particella risultò essere il muone. Il pione, la particella prevista da Yukawa, fu scoperto successivamente. A Berkeley, gli studi Oppenheimer ruotavano intorno all'acceleratore. Nel 1932, quando James Chadwick scoprì il neutrone, la teoria protone-elettrone del nucleo venne abbandonata e il moderno modello protone-neutrone ne prese il posto. Durante la primavera del 1933 Lawrence accelerò per la prima volta i deuteroni, sono costituiti da un protone e un neutrone, e li impiegò per bombardare nuclei pesanti. Scoprì così che i deuteroni disintegrano i nuclei con efficacia maggiore di quanto facciano i protoni; tuttavia ne Lawrence ne i suoi collaboratori osservarono mai particelle alfa emesse dai nuclei bersaglio. Arrivarono quindi a un risultato enigmatico: quando i deuteroni di alta energia incidono su un qualsiasi nucleo, il bersaglio emetterebbe protoni in uno stretto intervallo di energia. Di fatto, i deuteroni che contaminavano l'apparato di Lawrence offrivano la soluzione del mistero: i protoni registrati risultavano tutti dalla fusione del deuterio. Prima che emergesse questa spiegazione, però, l'osservazione fece sorgere questioni sulle reazioni indotte dal deuterio. A Berkeley, Oppenheimer e la sua allieva Melba N. Phillips dimostrarono che, quando un deuterone collide con un nucleo pesante, quest'ultimo può catturare il neutrone del deuterone e liberare il protone. La teoria che Oppenheimer e Phillips proposero per questa reazione, e che oggi porta il loro nome, spiegava esattamente gli strani risultati di Lawrence.

Stelle di neutroni e buchi neri

Oggi accettati come fasi finali dell'evoluzione stellare, stelle di neutroni e buchi neri furono ipotizzati su basi teoriche durante gli anni 30. Oppenheimer e i due suoi allievi, George M. Volkov e Hartland S. Snyder, furono studiosi di punta in queste ricerche. Oppenheimer e Volkov si interessarono all'ipotesi di un altro scienziato secondo il quale,1 volta esaurita la sua sorgente di energia termonucleare, in una stella di grande massa si sarebbe potuto formare un nucleo di neutroni. Per provare se questo scenario fosse possibile, Oppenheimer e Volkov decisero di stabilire la differenza tra una trattazione gravitazionale del processo basata sulla teoria di Newton e una consistente con la relatività generale di Einstein. L'equazione di Oppenheimer-Volkov, che descrive il gradiente di pressione all'interno della stella, rivelò che la pressione sarebbe aumentata più rapidamente penetrando in profondità del nucleo stellare di quanto ci si sarebbe aspettati dai calcoli fondati sulla teoria newtoniana. Quindi la teoria di Oppenheimer-Volkov basata sulla relatività generale prevedeva forze gravitazionali più intense, e più precise, della teoria newtoniana. Oppenheimer e Volkov effettuarono anche i primi calcoli dettagliati per stabilire la struttura di una stella di neutroni, ponendo così i fondamenti della teoria relativistica generale della struttura stellare. Nel 1939, appena prima che pubblicassero un articolo sull'argomento, Oppenheimer inviò una lettera a George E. Uhlenbeck -un fisico teorico dell'Università del Michigan- e con il suo collega Samuel A. Goudsmit aveva scoperto lo spin dell'elettrone. Scrisse: <<abbiamo... lavorato su soluzioni statistiche e non statiche per masse molto grandi... vecchie stelle che forse collassano in nuclei di neutroni. I risultati sono stati molto singolari...>>. I risultati in effetti divennero anche più strani. Più tardi quello stesso anno, Oppenheimer e Snyder pubblicarono un articolo classico intitolato La contrazione gravitazionale continuata. Avevano osservato che quando una stella di grande massa esaurisce la sua fonte interna di energia nucleare, il suo destino ultimo è determinato da quanta massa può perdere, o per espulsione radiativa o per rapida rotazione. Dopo aver sperimentato tutti i modi possibili di espellere materia, il nucleo rimanente è legato dalla forza gravitazionale. Se non c'è energia termonucleare a svolgere la funzione di forza equilibratrice, il nucleo continuerà a collassare. Con il proseguire del collasso, la luce irradiata dal nucleo si sposta sempre più verso il rosso, ovvero la sua lunghezza d'onda aumenta; inoltre il percorso lungo il quale questa luce può sfuggire diventa sempre più stretto, finché il cammino si chiude su se stesso, lasciando una sorgente di attrazione gravitazionale nascosta a qualsiasi osservazione esterna. Nell'elaborare questa descrizione Oppenheimer e Snyder eseguirono il primo calcolo della formazione di un buco nero. Nel marzo 1994 l'avvincente prova del fenomeno è stata testimoniata dall'occhio dello Hubble Space Telescope, che ha registrato la presenza di un buco nero di grande massa nel centro della galassia M87, la più grande e luminosa dell'ammasso della Vergine. Il contributo di Oppenheimer alla fisica del nostro secolo è stato vasto, profondo e decisivo. L'approssimazione di Born-Oppenheimer, la penetrazione degli elettroni attraverso le barriere di potenziale, la teoria delle piogge di raggi cosmici, le stelle di neutroni e buchi neri sono tutte parti vitali della fisica contemporanea. Le pulsar, ora conosciute come stelle di neutroni in rotazione, furono osservate per la prima volta nel 1967, l'anno in cui Oppenheimer morì di cancro a Princeton. Fosse vissuto più a lungo, avrebbe potuto gioire del riconoscimento di questa scoperta portò alle sue ricerche dell'anteguerra, che erano state oscurate dal suo lavoro in tempo di guerra e dalla fama che <<sopportò>> nel dopoguerra.

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